Universidad Nacional de Ingeniería
es el software estándar de diseño mecánico en 3D. ofrece un valor y un rendimiento únicos, es líder en innovación y posee la mayor comunidad de usuarios. Ningún otro sistema CAD permite diseñar productos de forma tan rápida y precisa. El objetivo del curso es aprender a usar herramientas avanzadas para llevar a cabo las siguientes tareas:
Simular mecanismos o sistemas mecánicos usando herramientas avanzadas como
Realizar imágenes y videos fotorealísticos usando
.
Analizar la resistencia de piezas y ensambles a fuerzas y presiones usando
Analizar el comportamiento de fluidos en condiciones de presión y temperatura, así como la eficiencia de ciertas máquinas hidráulicas y térmicas usando
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SolidWorks puede generar simulación de movimiento a partir de ensambles. El movimiento de un sistema está determinado por: Relaciones entre componentes La masa e inercia de los componentes Fuerzas aplicadas a el sistema Movimientos dirigidos (motores o actuadores) Tiempo Hay dos tipos de mecanismos, dependiendo de cómo se aplican las fuerzas:
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El movimiento de los componentes esta en libre movimiento sujeto a fuerzas. Está parcialmente controlado y hay un infinito número de resultados dependiendo de las fuerzas. El número de grados de libertad es variable. El movimiento supone que los componentes son rígidos. Hay 3 simuladores de movimiento: Animación Movimiento Básico SolidWorks Motion Incluye:
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El movimiento de los componentes está restringido por las relaciones aplicadas. Está completamente controlado y sólo hay un movimiento posible. Sin considerar el motor aplicado hay un solo grado de libertad.
Usa cuadros clave Se puede usar con PhotoWorks Las animaciones se pueden salvar como videos} Tiene controles para avanzar, retroceder Se pueden agregar cámaras Se pueden suprimir o quitar supresión a relaciones de ensamblaje Se agregan motores (rotatorio o lineal) y actuadores Se pueden agregar vistas de explosión Se pueden importar simulaciones de SolidWorks Motion o simulación física.
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Incluye relaciones y motores Se pueden agregar resortes, contactos 3D y gravedad El movimiento está basado en leyes físicas. Es rápido.
Incluye las funciones de Animator Incluye relaciones y motores Se pueden agregar resortes, contactos 3D (con fricción) y gravedad Se pueden agregar amortiguadores, fuerzas Se pueden mostrar gráficas de posiciones, velocidades y aceleraciones. Es preciso y algo más lento sobre todo si se usan contactos 3D. consolida el movimiento dinámico de ensamblajes, la simulación física, la animación y SolidWorks Motion en una interfaz única. MotionManager tiene una escala de tiempo basada en marcas y controla motores, la gravedad y los resortes en función del tiempo. Veamos esto con un ejemplo
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Esta ventana tiene los siguientes elementos:
Las barras de cambio son las barras horizontales que conectan marcas e indican que se está produciendo un cambio entre ellas. Los cambios incluyen:
Duración de la animación Movimiento de componentes Cambios en las propiedades del elemento de simulación Ver orientación, como por ejemplo rotación Propiedades visuales como color o vista.
Según las entidades, las barras de cambio utilizan colores que identifican visualmente el componente y el tipo de cambio. Además del color, puede identificar la entidad por el icono en el gestor de diseño del FeatureManager MotionManager.
Iconos Barra de tiempo
Función
Notas
Tiempo actual de la animación
En la figura el tiempo actual está en 6s. Al mover la barra de tiempo, se cambia el tiempo actual de la animación y se actualiza el modelo.
La escala de tiempo es la interfaz temporal para la animación.
Muestra los momentos y tipos de eventos de animación en el Estudio de movimiento.
Escala de tiempo
Barra de cambios Duración total de la animación SolidWorks 2010
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Orientación y vistas de Duración para esta orientación de cámara vista. Desactivar reproducción de teclas de vista seleccionado Elementos de simulación Movimiento impulsor Barras de cambio y : Puede incluir la barra de cambio entre las mismas marcas. Movimiento impulsado
Los componentes con pueden estar en movimiento o estar estacionarios: COSMOS_Motion Sin movimien_to
Explosionar
Creado con el Asistente para animación. : Incluye todas las propiedades visuales (color, transparencia, etc.). Puede existir independientemente del movimiento de componen_ tes. Marcas.
Apariencia
Cota de relación de posición Cualquier marca de componente o de relación de posición Cualquier marca suprimida Posición no solucionada todavía Posición que no se puede alcanzar Hijos ocultos Carpetas creadas en el gestor de diseño del FeatureManager de SolidWorks. Elementos contraídos.
Cuando se mueve un componente que impulsa el movimiento de componentes relacionados, el sistema también anima los componentes impulsados. Ambos componentes incluyen una barra de cambio.
Mueva la barra de tiempo hasta 10s
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El programa calcula la simulación interpolando la posición del ensamble desde la inicial en cero segundos a la final en diez segundos.
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Cada componente que sufre un cambio en posición o apariencia muestra una barra de tiempo. Las barras verdes muestran movimiento conductor y las amarillas movimiento conducido. La barra negra representa el tiempo de simulación. Cada vez que se haga un cambio en la simulación haga clic en el botón Si sólo desea ver la simulación de nuevo de clic en el reproducir. Reproducir Calcular
Modo de reproducción
Tiempo actual
Velocidad de reproducción
Reproducir desde el inicio Detener
.
Guardar como video
Puede además usar los botones o mover el slider del También puede ajustar la desde 10% (más lento) a 500% (más rápido). El modo de reproducción puede ser (de inicio a fin) (repite al terminar) o (al terminar regresa al inicio comenzado por el final).
Salve el ensamble y de clic en el botón Guardar animación.
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De un nombre al archivo y de clic en Guardar. De clic en Aceptar para la ventana del compresor de video y revise el resultado.
Mueva la barra de tiempo y la marca negra hasta 20s para ubicar el tiempo actual y la duración de la simulación respectivamente.
Mueva el componente Eje superior:
De clic en El movimiento para el eje superior y los componentes luego de este debe comenzar en 10s y terminar en 20s.
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Arrastre el marcador del medio para Eje superior hasta 15s. y de clic en Calcular. Entre 10s y 15s el ensamble debe estar inmóvil.
Arrastre el marcador inicial para Brazo ‹2›(grande) hasta 5s. Calcule la simulación. Esto hace que ese componente conduzca la simulación desde 5s
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Ahora vamos a explosionar el ensamble y modificar algunas características de la animación.
Regrese a la pestaña barra
Vaya al comando
de la
Seleccione el componente Herramienta y arrastre la flecha verde para mover.
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De igual forma mueva los demás componentes siguiendo el orden:
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Si desea hacer algún cambio de clic derecho al paso de explosión a cambiar y seleccione .
Acepte la operación. SolidWorks 2010
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Vaya a la pestaña ConfigurationManager y de clic en el signo + a la izquierda de Predeterminado. De clic derecho a y elija .
Con la barra entre otras opciones.
puede Iniciar, rebobinar, reproducir,
De clic derecho en la pestaña
y de clic en
De clic en el botón asistente para animación . Este comando permite añadir giros, traer explosiones o movimientos físicos al . Seleccione y de clic en .
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En la siguiente ventana de un tiempo de duración de 10s e inicio en cero segundos. De clic en finalizar. Ahora los pasos de explosión se han importado al Motion Manager y se pueden modificar o añadir más movimientos.
Entre al asistente para animación . Seleccione y de haga clic en Siguiente. Establezca el tiempo de duración en 10s e inicio en 10s. Clic en Finalizar. Reproduzca la simulación. De clic derecho en cualquier área libre del Motion Manager, escoja para seleccionar todas las marcas.
De clic derecho a cualquier marca y en seleccione . Esto se usa para suavizar el movimiento al iniciar o finalizar. Reproduzca la simulación.
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Un motor es un elemento de simulación que mueve componentes alrededor de un ensamblaje simulando los efectos de motores lineales o rotatorios.
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Cree un nuevo estudio de movimiento y de clic en el comando Motor rotatorio . Seleccione:
: la cara indicada con sentido .
la cara indicada. Reproduzca la simulación.
Añada motores rotatorios de acuerdo a la tabla:
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visto desde arriba.
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Distancia Distancia Distancia Distancia
90° 90° 90° 90°
3 6 9 12
3 3 3 3
Primer eje Brazo Eje superior Antebrazo
Caras y sentidos para seleccionar en
Establezca el tiempo se simulación en (arrastrando la primera marca negra hasta ) Calcule la simulación. La posición final del ensamble debe ser la mostrada.
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Es posible que el Tipo de estudio Animación no consiga que el movimiento del ensamble llegue a la posición indicada o que no lo haga en los tiempo especificados por los motores. En estos casos se puede emplear el tipo . Estos emplean algoritmos más precisos para resolver el movimiento a costa de incrementar el tiempo de cálculo. En una simulación física se pueden añadir además resortes, y gravedad. En SolidWorks Motion se puede agregar contactos 3D entre componentes. Ambos emplean la densidad del material para calcular una simulación más realista.
Active Movimiento básico en Tipo de estudio. Calcule la simulación. Los resultados pueden ser diferentes al tipo Animación.
Para usar SolidWorks Motion es necesario activar el complemento. Para ello vaya a la pestaña y dentro del botón active
En tipo de estudio elija SolidWorks Motion. Calcule la simulación.
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Cuando se requiera realizar simulaciones que incluyan Gravedad o Fuerzas es necesario asignar un material a las piezas del ensamble, así los cálculos tendrán en cuenta la densidad del material. Regrese a la pestaña
, de clic derecho a la pieza
y elija
En
elija . En desactive para preservar el color de la pieza. Asigne el mismo material a las demás piezas.
Agregue gravedad al estudio mediante el botón Gravedad:
En parámetros de Gravedad elija como eje, asegúrese que la dirección de la flecha verde en la esquina inferior derecha apunte hacia abajo. El valor debe estar en . Acepte la operación.
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Use el botón para agregar algunas gráficas al estudio. Este comando sólo está disponible si se activa SolidWorks Motion.
Configure lo siguiente: En : En En Seleccione el extremo de la herramienta en Active Active . Esta opción muestra un vector verde al momento de reproducir la simulación.
Calcule la simulación. Se muestra la gráfica:
Se puede exportar a Excel la gráfica o los datos numéricos. Busque el trazado dentro de la carpeta y de clic derecho. Hay opciones para Editar operación, Eliminar , Ocultar trazado, Exportar a hoja de cálculo y Suprimir. SolidWorks 2010
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Elija Exportar a hoja de cálculo.
Aparece la gráfica en Excel
Para exportar los datos numéricos haga clic derecho en la gráfica y escoja (archivo de valores separados por comas). Asigne un nombre y guárdelo.
Abra el archivo en cualquier editor de texto o Excel, cada fila es un par de valores en el formato
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Esta gráfica mide la separación entre un par de vértices o puntos en magnitud o en los ejes X, Y, Z. Haga clic en el botón y configure: En : En En Seleccione el extremo de la herramienta en De clic derecho en la arista indicada y escoja Active Seleccionar los puntos
Se muestra la gráfica
La Ruta de trazo muestra la ruta de un vértice en el movimiento. Haga clic en el botón y configure: En : En Seleccione el extremo de la herramienta en Active Reproduzca la simulación
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Esta gráfica muestra la torsión necesaria para mantener el movimiento especificado por un motor rotatorio seleccionado. De esta manera se puede saber el torque que necesita cada motor para mantener el movimiento. Haga clic en el botón y configure:
En : En Seleccione en Seleccione el motor rotatorio
en
La gráfica muestra que se necesita un motor de al menos 2537 Nm.
Esta gráfica muestra el consumo de energía de un motor. Haga clic en el botón y configure:
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En : En Seleccione en Seleccione el motor rotatorio
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en
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El consumo de energía es de . Las partes de la gráfica donde el consumo es negativo se dan donde la energía ingresa al motor en vez de salir.
Esta gráfica muestra la Fuerza de reacción en una relación de posición y una cara seleccionada. En este ejemplo vamos a graficar la fuerza de reacción sobre el componente debida al peso y movimiento del resto del robot. Haga clic en el botón y configure:
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En : En Seleccione Seleccione la relación seleccionando
en y de clic derecho en la cara indicada,
Seleccione la cara indicada. Esto sirve para seleccionar una cara oculta tras otra.
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Acepte. Se muestra la gráfica, la fuerza es negativa, indicando que el peso del robot aplasta la base.
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Es posible hacer que un vértice o punto siga una trayectoria. Para ello cree un nuevo haga visible el componente (clic derecho en el componente Trayectoria y seleccione ) de clic en el botón y dentro de escoja Seleccione lo siguiente: Vérti ce de componente
Selección de
Acepte la operación. Ahora puede mover el componente del trayecto.
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a lo largo
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Dentro de busque la relación , de clic derecho y Dentro de cambie la opción a Esto permite especificar la posición del vértice seleccionado como un porcentaje variable del trayecto. Con el porcentaje en acepte la operación.
Arrastre la barra de tiempo a
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Dentro del trayecto1 y escoja
de clic derecho a la Relación de posición de
En la ventana escriba y acepte. El programa calcula la simulación. Reproduzca. Si desea que el robot siga la trayectoria en sentido opuesto edite la relación y active la opción
En este ejemplo se mostrarán los siguientes temas: Asignación de materiales Agregar resortes, amortiguadores, torsión Agregar gravedad Simular contactos 3D
Asigne materiales de acuerdo a la tabla
AISI 304 AISI 1020 Acero inoxidable al cromo Acero al carbono fundido Acero inoxidable al cromo SolidWorks 2010
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En la dirección negativa
Use el botón
, configure:
Tipo de fuerza: Dirección: Seleccione la cara indicada Forzar función: Paso con Haga clic en la gráfica debajo de t2 para mostrar:
.
Luego de activar calcule la simulación hasta 10s
Con el botón Resultados y trazados configure: En : En En Seleccione la cara indicada:
Se muestra la gráfica:
Use el botón SolidWorks 2010
Este comando necesita un par de caras o vértices
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para ubicar un resorte. Seleccione: Tipo de resorte: resorte lineal Puntos extremos del resorte: las caras indicadas Seleccionar cara inferior
Seleccionar cara superior
Exponente de expresión de fuerza de resorte: 1(li neal) Constante del resorte 0.9N/mm Active actualizar a cambios del modelo, así la longitud del resorte se toma de la separación actual de las caras seleccionadas Desactive amortiguador En diámetro de espiral: 75.00mm En número de espirales: 10 En diámetro de alambre: 2.5mm
Ahora la gráfica de velocidad muestra, el resorte tiende a limitar la velocidad
Use el botón , configure: En punto final del amortiguador: las mismas caras que se usaron para el resorte En exponente de expresión de fuerza del amortiguador: 1(lineal) En constante de amortiguamiento: 0.10N/(mm/s)
Ahora se muestra la gráfica de velocidad, el amortiguamiento disminuye las fluctuaciones.
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Contacto 3D está disponible en
y en
.
Defina conjuntos de componentes para comprobar el contacto entre ellos. Si los componentes dentro de un conjunto entran en contacto durante la ejecución de un estudio de movimiento, se detecta el contacto y los componentes reaccionan con el movimiento correspondiente. Si, por el contrario, los componentes no están agrupados en un conjunto y entran en contacto, se ignora el contacto y los componentes se atraviesan. Contactos creados proporciona el número de pares de contacto que se controlarán como se muestra a continuación. Cuanto mayor sea el número de pares de contactos, más tiempo demorará el cálculo.
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3
6
10
1 2
1-2, 1-3, 2-3
1-2, 1-3, 14, 2-3, 2-4, 3-4
1-2, 1-3, 1-4, 1-5, 2-3, 24, 2-5, 3-4, 3-5. 4-5
Seleccione materiales de la lista para un par de colisión. Las propiedades de material definidas para contactos 3D se aplican a caras en contacto durante el mismo. Esto reemplaza las propiedades de material asignadas a cada pieza. El orden en el que los materiales se seleccionan no es importante, es decir, caucho-acero es lo mismo que acero-caucho. Seleccione Fricción para tener en cuenta la fricción dinámica en el cálculo de contactos. No se puede utilizar Fricción estática sin la dinámica y, por tanto, debe seleccionarse por separado. Los valores se configuran según las selecciones elegidas en la sección Especificar material y no se pueden modificar. Los controles deslizantes indican los valores cuantitativos y no se pueden mover. Seleccione opciones en Impacto y Coeficiente de restitución. Los valores se configuran según las selecciones elegidas en la sección Especificar material y no se pueden modificar. SolidWorks 2010
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Use el botón . Seleccione: En componentes: y Desactive Especificar material y fricción En propiedades elásticas active Coeficiente de restitución en 0.4 Agregue otro contacto con el botón . Seleccione: En componentes: y Desactive Especificar material y fricción En propiedades elásticas active Coeficiente de restitución en 0.4
Ahora se muestra la gráfica de velocidad hasta 20s, el mecanismo tiende a mantener la velocidad constante subiendo o bajando las esferas.
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Las relaciones de posición mecánicas son las siguientes: . Fuerza una cilindro, plano o punto a ser coincidente o tangente a una serie de caras tangentes extruidas. . Fuerza a dos componentes a girar en de forma relativa entre sí sobre los ejes seleccionados. . La traslación lineal de una pñieza (la cremallera) produce rotación circular en otra pieza (el piñón) y viceversa. . Restringe dos componentes a que sean concéntricos y agrega una relación de paso de rosca entre la rotación de un componente y la traslación del otro. . La rotación de un componente (eje de salida) alrededor de su eje se rige por la rotación de otro componente (eje de entrada) alrededor de su correspondiente eje. Vamos a comenzar con algunos ejemplos
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El seguidor y la leva pueden deslizar y girar sus ejes.
En la barra Ensamblaje haga clic en Relación de posición. Seleccione: En Relaciones de posición mecánicas seleccione En Entidades para seleccionar las caras laterales de la leva En Empujador de leva la cara inferior del seguidor En caso de que la relación resulte invertida active el botón Alineada o Alineación inversa.
Entidades para seleccionar
Empujador de leva
Agregue un motor rotatorio a la cara indicada con 100RPM
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14 Para engranajes rectos la distancia entre ejes debe ser igual a:
Donde Dp son los diámetros de paso de los engranajes, se calculan con
Z es el número de dientes y m el módulo. Para que dos engranajes engranen deben tener el mismo módulo.
Vaya a la pestaña Productos Office y en el botón SolidWorks Office active SolidWorks Toolbox.
Haga clic en el botón Biblioteca de diseño Transmisión de potencia.
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y abra Toolbox / ISO /
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Arrastre el ícono de Engranaje recto al área gráfica, suéltelo y configure sus parámetros: Módulo: 3 Número de dientes: 24 Angulo de presión: 20 Anchura de cara 12. Esto define el ancho del engranaje Tipo de cubo: Tipo A Diámetro de eje nominal: 20 Ranura de chaveta: Cuadrado(1) Mostrar dientes: 20 Acepte la operación y haga clic de nuevo en la pantalla para insertar un segundo engranaje.
De clic derecho en cualquier cara de uno de los engranajes y seleccione . Cambie el número de dientes a 16 y acepte. Esta edición de componentes del Toolbox sólo es posible si el complemento SolidWorks Toolbox está activado.
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Agregue relaciones Concéntrica y Coincidente para ubicar los engranajes como se muestra
En la barra Ensamblaje haga clic en Relación de posición. Seleccione: En Relaciones de posición mecánicas seleccione En Entidades para seleccionar las aristas circulares de los engranajes. En relación escriba 3 y 2, pulse Enter luego de escribir cada valor. Estos valores representan la relación entre los diámetros de paso de los engranajes, se puede escribir otro par de valores con la misma relación como 30 y 20 por ejemplo.
Acepte la operación y gire los componentes para probar la relación. Si los engranes giran en el mismo sentido edite la relación de posición y active o desactive la casilla Invertir
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Agregue un motor rotatorio de 100RPM a la cara indicada y simule el mecanismo.
Cuando se inserta un componente desde el Toolbox este aparece con un tamaño por defecto, los valores de las propiedades del componente se agrega a la pieza. Esta nueva información se guarda en la pieza del toolbox, con lo cual si se lleva sólo el ensamble a otro equipo, SolidWorks mostrará los componentes del Toolbox en sus tamaños por defecto. Para solucionar esto se deben llevar todos los componentes del ensamble: las piezas creadas por el usuario y las del toolbox. Una manera rápida de hacer esto es usando el comando Empaquetar dependencias. Para ello vaya al menú Archivo / Buscar referencias. Haga clic en el aparece la siguiente ventana. Desde allí se puede empaquetar todos los archivos del ensamble (la pieza no aparece pues es una pieza virtual) y de manera opcional dibujos o resultados de SolidWorks, también se puede guardar todo en un archivo zip. Si guarda el ensamble en la carpeta original del mismo desactive el nombre del ensamble pues no se puede reemplazar un archivo abierto. Si desea guardar en una carpeta diferente active todas los componentes y de clic en Examinar, seleccione una carpeta y luego de clic en Guardar.
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De clic derecho en el componente 810-12 y elija ocultar componentes, haga lo mismo con el componente 2723:
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En la barra Ensamblaje haga clic en Relación de posición. Seleccione: En Relaciones de posición mecánicas seleccione En Cremallera seleccione la arista lineal indicada. En Piñón seleccione la arista circular indicada. En Diámetro de paso de piñón escriba 25.4mm
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Pruebe el mecanismo, si el mecanismo se mueve de manera incorrecta edite la relación y active la opción Invertir dirección.
Agregue un motor rotatorio de 25RPM a la cara indicada y simule el mecanismo.
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En la barra Ensamblaje haga clic en Relación de posición. Seleccione: En Relaciones de posición mecánicas seleccione En Entidades para seleccionar las caras cilíndricas indicadas para definir los ejes. En Distancia/revolución escriba 6.35. Si es necesario active Invertir dirección para que la prensa cierre al girar la barra en el sentido de las agujas del reloj.
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Car a a seleccionar
Car a a seleccionar
Mueva el ensamble hasta aproximadamente la posición indicada y agregue un motor rotatorio de 20RPM a la cara indicada, simule el mecanismo.
Use SolidWorks Motion, calcule la simulación y dentro del MotionManager de clic derecho al ensamble y escoja
Con una ventana seleccione todo el ensamble y de clic en
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.
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El comando busca las interferencias cuadro por cuadro. Se muestra el tiempo en que ocurren las interferencias y el volumen de éstas
Cree un contacto y seleccione los componentes Bola (ambas), Base y la Quijada móvil, use los valores por defecto de contacto, calcule la simulación.
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Abra el archivo dr4000.sldasm Cree un estudio de movimiento para generar una animación de movimiento desde la posición inicial a la final mostrada
Agregue un segundo estudio de movimiento para generar una explosión con entrada / salida lenta de clave. En un tercer estudio de movimiento agregue motores rotatorios para conseguir
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Abra el archivo Motor V8 Agregue un torque de 100N-mm al cigüeñal, agregue el material acero inoxidable al cromo a todas las piezas y gravedad, y grafique la velocidad de cualquiera de los pistones. Abra el archivo Engranajes conicos Agregue contacto 3d entre los engranes, agregue un torque de 0.1N-mm al engrane horizontal. Calcule el movimiento y grafique la velocidad del engrane vertical
Abra el archivo Puerta.sldasm Use una vista de sección y agregue un resorte con k = 1N/mm, L= 180mm y constante de amortiguamiento lineal = 5N-s/mm entre los componentes indicados
-
Reproduzca la simulación con un tiempo total de 20s y grafique la velocidad angular de la puerta
-
Abra el archivo EstrellaGenova.sldasm Agregue un contacto3D entre Pieza2 y Pieza3 Agregue un motor rotatorio de 100RPM a Pieza3 y grafique la velocidad de Pieza2
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el mismo efecto. Asuma valores y grafique el movimiento de el extremo del robot para posición, velocidad y aceleración. Cree un cuarto estudio de movimiento usando SolidWorks Motion, añada el material AISI 304 a todas las piezas, añada gravedad y grafique la ruta de trazo, la torsión aplicada al primer motor rotatorio de la base, el consumo de energía y la fuerza de reacción.
Abra el archivo RobotSoldador.sldasm Agregue una relación de posición de trayecto para hacer que la punta del robot siga la trayectoria. Para seleccionar la ruta use el botón gestor de selección, seleccione los segmentos y acepte la ventana del gestor.
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Abra el archivo PrensaParaTubos.sldasm Agregue una relación de tornillo para que al dar una revolución al mango la quijada se mueva 3mm. Agregue un motor de 50RPM al tornillo y simula para 20s
Abra el archivo Tractor.sldasm Haga que el tractor siga las splines del Croquis1. Use los puntos indicados. Uno de los puntos puede correr libre por el croquis y el otro seguir un porcentaje.
En este ejercicio se va a construir un diseño preliminar de un reductor de velocidades. Para ello se va a usar engranajes helicoidales de la librería SolidWorks Toolbox. Primero vamos a examinar algunas características de los engranajes helicoidales. . Son similares a los engranajes rectos excepto que los dientes están en un ángulo con el eje del engranaje. Un engranaje helicoidal puede tener una dirección de hélice en mano izquierda o derecha, dependiendo SolidWorks 2010
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de a dónde se dirige la pendiente de los dientes al ver al engranaje de frente. Los engranes helicoidales pueden operar a velocidades más altas que los rectos y de manera más suave. A continuación se presentan algunas parámetros:
Módulo: m Número de dientes: Z Angulo de hélice: β Diámetro primitivo: D = m * Z / cos( β) Con estas fórmulas y los datos siguientes se debe construir el siguiente reductor de velocidades:
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Para ello: Considere los valores para los engranajes:
3 16
3 30
3 16
3 60
Mano izquier da 20
Mano derech a 20
Mano derech a 20
Mano izquier da 20
20
20
20
20
40
40
50
40
A 30
A 35
A 35
A 60
Ningun a
Ningun a
Ningun a
Ningun a
Calcule la distancia entre centros Construya la el bloque con las siguientes medidas
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La altura del bloque es de 125mm y el espesor de pared de 10mm Los agujeros tienen los diámetros:
Los ejes de adelante y atrás miden 300mm de longitud Construya un ensamble e inserte las piezas (también puede usar un ensamble con piezas virtuales) Agregue los engranajes. Agregue relaciones de posición. Simule para una velocidad de entrada (al piñón) de 500RPM, calcule las velocidades para los demás engranajes y compruébelo graficándolas en SolidWorks Motion.
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es un software de renderizado, completamente integrado en SolidWorks, puede crear imágenes fotorealísticas a partir de modelos 3D. Tiene las siguientes ventajas:
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Generación imágenes para presentaciones y propuestas. Facilidad de uso. Creación de efectos visuales avanzados. Reducción de costos en el prototipo. Es necesario cargar el complemento y en el botón
, para ello vaya a la pestaña active .
Si hubiesen otros complementos activados desactívelos, no serán necesarios por el momento. Debe aparecer la barra PhotoWorks:
Vamos a comenzar con un ejemplo. Abra la pieza
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Es necesario cambiar algunas opciones de PhotoWorks para tener un resultado óptimo:
Haga clic en
de la barra Seleccione la pestaña y en establezca la opción Esta calidad es buena para un primer vistazo pues el renderizado es rápido. Las calidades se usan para el renderizado final. Cierre la ventana.
3 Haga clic en el comando
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. Se muestra el resultado:
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Una escena contiene imágenes para una caja o esfera virtual que rodea al modelo, se pueden añadir luces, paredes y materiales. Haga clic en el comando . El editor de escena contiene las siguientes pestañas: Aquí se pueden seleccionar escenas preconfiguradas. Se puede configurar el tamaño de la habitación y el material de las
paredes.
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Se pueden seleccionar varios fondos y colores de fondo, también se puede seleccionar un archivo de fondo. : Provee un entorno que agrega reflexiones sobre el modelo. se pueden configurar esquemas de iluminación y sombras. En la pestaña seleccione y escoja En la pestaña Habitación: Desactive . En longitud En ancho En altura En Alinear con: del modelo. Así el piso de la escena coincide con el plano de planta. En visibilidad y apariencias se configuran las paredes, techo y suelo de la escena. Los Nombres Norte, Sur, Este y Oeste coinciden con los siguientes planos:
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Desactive todo excepto Suelo:
En la pestaña Fondo/Primer plano seleccione Fondo Simple, color blanco. En la pestaña entorno de clic en Examinar y seleccione el archivo: En la pestaña iluminación haga clic en Seleccionar esquema de iluminación y seleccione . De clic en Aplicar y Cerrar. Renderice el modelo.
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Al aplicar una apariencia se define el material, el acabado superficial y la iluminación que tendrá un componente.
Haga clic en . Si no está activa haga clic en el comando Ventana de vista preliminar de PhotoWorks . De esta manera tenemos una ventana con una vista rápida que se actualiza con cada cambio en las propiedades.
En la pestaña aparece Componente dentro de Geometría seleccionada. Haga clic en dentro de Apariencia. Elija el archivo: ... Si el archivo no aparece, seleccione Todos los en Tipo de archivo.
Haga clic en la pestaña
y seleccione
Esta iluminación produce caras altamente reflejantes entre sí y también con la habitación. Observe que hay varios parámetros. Active ayuda dinámica y pase el cursor por los cuadros Ambiente, difusión, etc. Obtiene una descripción de cada uno de ellos. Estos parámetros definen como reacciona una cara ante la iluminación. Por ejemplo Reflectividad tiene un valor alto (0.8) esto produce superficies casi espejo. Los parámetros varían de acuerdo al tipo de iluminación elegido, no todos los parámetros están SolidWorks 2010
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disponibles en los tipos de iluminación. El cambio de un tipo de iluminación puede producir resultados muy variables, siempre configure un tipo de acuerdo a pruebas. Cierre la operación y renderice el modelo.
Vaya a la pestaña Acabado superficial del comando Apariencia y en acabado superficial elija Fundición. Cambie el valor de amplitud a . Cierre la ventana y renderice el modelo.
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Las luces se usan para hacer visible el modelo y configurar sombras. Hay varios tipos de de luces:
6
Luz ambiental. Ilumina uniformemente todo el modelo Luz direccional. Tiene rayos son paralelos y uniformes Luz puntual. Está ubicada en un punto del espacio y sus rayos se esparcen en todas las direcciones. Luz concentrada. Tiene un haz en forma de cono con su punto más brillante en el centro.
Abra la carpeta Luces y cámaras y edite la luz Direccional1
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Cambie los siguientes parámetros:
Renderice el modelo
De clic derecho en la carpeta luces y cámaras y seleccione Agregar luz concentrada: SolidWorks 2010
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Agregue los siguientes parámetros:
Acepte la operación y renderice el modelo
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SolidWorks 2010
54
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En la Barra transparente Ver active Perspectiva
Vaya al menú
, en Propiedades de documento elija y en y Calidad de borrador incremente el slider, ello permite curvas de mayor calidad.
Todos los elementos de renderizado agregados al SolidWorks 2010
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modelo se pueden editar o eliminar en el Render Manager.
De clic derecho en Escena del Render Manager y elija editar escenario.
En la ventana Editor de escena vaya a la pestaña habitación y de clic al botón al lado de la fila Suelo.
En
la
pestaña
Color
imagen
seleccione
el
archivo
Vaya a Opciones de Photoworks y en la pestaña Propiedades de documento seleccione en calidad de antisolapamiento:
SolidWorks 2010
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7 Haga clic en renderizar en archivo
SolidWorks 2010
Asigne un nombre. En Formato elija JPEG En tamaño de imagen active Piexeles En Anchura, altura de 800 x 600 Calidad de imagen: Media De clic en renderizar.
57
, configure lo siguiente:
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8
Se pueden arrastrar calcomanías del Panel de tareas a un modelo, manipularlas en el área de gráficos y especificar propiedades en el PropertyManager Calcomanías. Tambien se puede examinar para buscar calcomanías y guardarlas en el PropertyManager. .
Esta vez vamos a asignar un material de otra manera, usando las pestaña RealView/PhotoWorks del Panel de tareas
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Abra la pestaña y dentro de Apariencias escoja , arrastre la apariencia sobre cualquier cara de la botella
SolidWorks 2010
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Use el botón Nueva calcomanía . Este comando tiene tres pestañas: Imagen. Define una imagen y una máscara para recortar las partes no visibles. Asignación. Aquí se define el tamaño, la orientación y la posición. Iluminación. Para definir como la luz interactúa con la calcomanía. Use las siguientes opciones:
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Dentro
de
la
pestaña
Imagen haga clic en el botón Examinar…Seleccione el archivo Etiquetasch.png. En imagen de máscara seleccione Máscara de color selectiva. Haga clic en el botón Seleccionar color y seleccione un punto en el área ploma de la figura
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SolidWorks 2010
En la pestaña Asignación seleccione la cara indicada, configure la Asignación en etiqueta, ajuste el tamaño y la posición de la calcomanía arrastrando las esquinas de la misma en el área gráfica
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En la pestaña iluminación seleccione la iluminación i luminación Mate
Abra Opciones de Photoworks y en la pestaña Propiedades de documento ajuste el brillo, contraste y saturación de color.
Se pueden encontrar más calcomanías dentro del Panel de tareas/Realview PhotoWorks/Calcomanías/Logotipos. Se pueden realizar renderizador de animaciones hechos con estudios de movimiento o explosiones. Ello permite crear presentaciones del movimiento de ensambles con calidad fotorealística lo cual puede servir para promocionar un producto. Vamos a inspeccionar esto con un ejemplo.
Abra la pestaña
Active el estudio de movimiento 4. Compruebe el movimiento usando el botón Reproducir.
Puede usar el Panel de tareas/Realview PhotoWorks y arrastrar apariencias a cada componente
Ajuste los materiales, iluminación hasta conseguir un resultado óptimo SolidWorks 2010
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Use el botón guardar animación . En la ventana Guardar animación en archivo configure: Nombre: Robot 300.avi. Tipo: archivo AVI de Microsoft (*.avi) Renderizador: Buffer de PhotoWorks Tamaño de imagen: 320x240 Fotogramas por segundo: 8 De clic en el botón Guardar.
0
Para las siguientes piezas haga renderizados salvando el resultado en un archivo. Configure materiales, luces, escenas, calcomanías, etc.
Para los siguientes ensambles use el ensamble para generar una animación, guárdela como video.
que hay en cada
Para mejorar la calidad del video puede hacer lo siguiente: En Opciones de PhotoWorks vaya a Propiedades de documento / Calidad de antisolapamiento antisolapamiento / Alta o Muy alta. En un estudio de movimiento use el botón propiedades de estudio de movimiento. Configure Tramas por en 25-30 cuadros por segundo como máximo, recalcule la simulación. Cuando guarde la animación en archivo configure el número de fotogramas por segundo en el mismo valor que usó en Tramas por. En la misma ventana, en tamaño de imagen escoja un tamaño más grande. Cuando guarde el video y el programa le pida un compresor, elija Fotogramas completos (sin comprimir).
SolidWorks 2010
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1
Una pregunta usualmente planteada en los problemas de ingeniería es: ¿Cómo responderá el Sistema a una Acción predeterminada?. Teniendo en cuenta que el sistema y la acción pueden ser una estructura y un conjunto de cargas,
un
elemento disipador y una fuente de calor, etc. Para describir la respuesta de sistemas simples se pueden emplear ecuaciones que representan las relaciones entre las variables del mismo. Al solucionar tales ecuaciones se obtiene una solución analítica. Pero muchas veces los sistemas encontrados en la práctica son de una complejidad tal que abordarlos por este método suele ser muy difícil. Ante esto han aparecido técnicas matemáticas que dividen los sistemas en partes pequeñas, a los que se aplican ecuaciones sencillas. Estas ecuaciones se combinan y resuelven y se obtiene el resultado del problema. Esta es una solución numérica. Un método numérico es el método de elementos finitos (FEM), el cual es adecuado para su uso en una computadora y es aplicado frecuentemente en el análisis de estructuras. Luego del estudio se puede emplear un criterio de falla para determinar si la estructura fallará o no ante en las condiciones expuestas.
2
Aunque en el mercado hay muchos programas capaces de usar el FEM para la solución de problemas, se pueden agrupar los pasos para realizar el análisis como sigue: Realización de un modelo. Lo cual conlleva a definir su geometría. Definición de un estudio. Que comprende definir: Tipo de análisis (estático, térmico, en frecuencia, etc) Material. Conjunto de cargas y restricciones. Enmallado. Visualización e interpretación de resultados. Si el modelo no satisface las expectativas, se puede regresar al paso 1. En este caso se van a usar los programas Simulation y SolidWorks. En SolidWorks se define el modelo (Paso 1), mientras que en Simulation se realiza el estudio (Paso 2). Simulation se integra bastante bien dentro de SolidWorks, logrando que la obtención de resultados sea algo bastante sencillo.
SolidWorks 2010
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Active
: Vaya a la pestaña
y active
3
:
Abra el archivo
Clic derecho en
y asígnele el material
Vaya a la pestaña y escoja
SolidWorks 2010
y de clic en la flecha inferior del botón
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Escoja el estudio
y de clic en
Vaya a la pestaña y escoja
y de clic en la flecha inferior del botón
Escoja la cara indicada (gire la vista en caso de ser necesario) y acepte
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Vaya a la pestaña y escoja
y de clic en la flecha inferior del botón
Seleccione la cara indicada y asigne un valor de
, invierta la dirección
Vaya a la pestaña y de clic en la flecha inferior del botón escoja , acepte los valores por defecto.
SolidWorks 2010
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y
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De clic al botón
Se muestran los esfuerzos de
De clic derecho en
SolidWorks 2010
en una escala de colores:
y seleccione
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Cambie las Acepte.
a
y en
seleccione
,
Se usa el criterio de Von Mises para encontrar fallas en el modelo estudiado.
Si: es menor que entonces la deformación es elástica . es mayor que entonces la deformación es plástica es igual que entonces estamos al inicio de deformación plástica . Ya que el Esfuerzo de Von Mises varía en cada punto de la pieza, también lo hará el Factor de Seguridad. Se debe buscar los puntos donde VM sea máximo o FS mínimo, estos son los puntos críticos.
SolidWorks 2010
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En el ejemplo se pueden aislar los puntos críticos, dando clic derecho a y escogiendo
Puede mover el slider para modificar el y los volúmenes que tienen un esfuerzo mayor o menor al . Al terminar cancele el comando.
De doble clic a
, aparecen los desplazamientos en
De clic derecho en la carpeta
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y seleccione
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Acepte las opciones por defecto, se debe prestar atención al FS mínimo.
De clic derecho en y el estudio.
y seleccione
De doble clic a
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cambie el valor a
Universidad Nacional de Ingeniería
Regrese a la pestaña de
y Modifique la operación
Regrese a la pestaña
y en la barra
a
de clic a
Se ha mejorado el de a . Un mayor FS indica un diseño más seguro pero no debe ser demasiado alto, esto significaría que el diseño está sobredimensionado y por tanto es mas costoso y pesado de lo necesario.
SolidWorks 2010
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Active la gráfica de misma, seleccione
usando doble clic y luego de clic derecho sobre la
Detenga la animación usando el botón , asigne en , active y de clic en . El video aparecerá en la carpeta . Acepte el comando .
4
Abra el archivo
, ya contiene el material
Cree un estudio SolidWorks 2010
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.
Universidad Nacional de Ingeniería
Usando la tecla seleccione la primera y última superficie dentro de la carpeta de superficies del estudio. De clic derecho y escoja
Escoja el tipo (si el espesor excede el placas, en caso contrario usar ) y
En la barra
, abra la flecha debajo del
En tipo escoja
de las dimensiones de las en
y escoja
, . Seleccione la cara triangular en , la cara plana cuadrada en , cambie el tamaño de soldadura a , acepte los demas valores por defecto.
SolidWorks 2010
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Ingrese nuevamente al comando y en escoja . Seleccione la cara triangular en , la cara del cilindro en , cambie el tamaño de soldadura a , acepte los demás valores por defecto.
De la misma manera añada las soldaduras restantes a las demás placas. Puede mantener abierto el comando haciendo clic en el botón .
SolidWorks 2010
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Ingrese al comando
Seleccione
en , la arista circular del tubo en , la cara plana cuadrada en
. Acepte.
Al haber agregado los contactos de soldadura y unión rígida, ya no es necesario el contacto global . De clic derecho en y escoja .
Entre al
SolidWorks 2010
y escoja
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Asigne lo siguiente: En tipo de la placa cuadrada. En Active
. En el y escoja en
Escriba una precarga de demás pernos.
,
. Active el botón
Entre al comando la cara plana cuadrada en . Acepte las demás opciones.
SolidWorks 2010
, la arista circular de un agujero .
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y asigne los
, escoja en y
, escoja en
Universidad Nacional de Ingeniería
Ingrese al
y seleccione
Seleccione la arista circular superior del cilindro en . Active arista lineal en de la base. Active el botón y escriba
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y seleccione la en
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De clic al botón luego correr el estudio.
, el enmallado se hará de manera automática para
Agregue la gráfica de opción de
, aísle las zonas críticas usando la .
De clic derecho a la carpeta .
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y seleccione
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Las soldaduras que no resisten se muestran en
SolidWorks 2010
y los que sí en
De clic derecho a la carpeta
y escoja
Los pernos que resisten se muestran en
, los demás en
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.
.
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Ya que la placa horizontal muestra el factor de seguridad más bajo, se intentará mejorar éste incrementando el espesor. De clic derecho en la primera superficie de la lista y seleccione
Asigne un espesor de
El plano de debe quedar a una distancia de la mitad del espesor de la placa que está apoyando. Por tanto cambie la distancia del de a .
Corra el estudio de nuevo, verifique el nuevo
5
Abra el archivo . Se va a analizar esta silla para comprobar si resiste un peso de (aproximadamente ) de carga vertical. Al ser la pieza simétrica se analizará 1/4 de la misma.
Abra el archivo . Se ha suprimido el espesor y se analizará como superficie. La pieza ya tiene el material .
SolidWorks 2010
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Cree un estudio
.
De clic derecho a la superficie
Seleccione
6
y seleccione
con un espesor de
Ingrese al botón
Seleccione las 3 aristas inferiores de la pieza dentro de . El Plano en Active el botón y asigne como valor. Acepte.
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.
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Ingrese nuevamente al comando , seleccione las 4 aristas de la izquierda y el plano . Active el botón y asigne .
Ingrese nuevamente al comando derecha y el plano . Active el botón
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, seleccione las 4 aristas de la y asigne .
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Entre al comando , seleccione la cara indicada, con un valor de (es 1/4 del total)
de
En este ejemplo será necesario modificar las opciones de mallado. De clic derecho y seleccione
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Active y , el mallador crea más elementos en zonas de mayor curvatura automáticamente. automáticamente.
Cuando aparezca la ventana de , haga clic en . La solución para grandes desplazamientos es necesaria cuando la deformación obtenida altera significativamente la rigidez (capacidad de la estructura para resistir cargas). La solución para desplazamientos pequeños supone que la rigidez no cambia durante la carga. En cambio, la de grandes desplazamientos supone que la rigidez cambia durante la carga, por lo tanto, aplica la carga a cada paso y actualiza la rigidez para cada paso de la solución.
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Active la gráfica de desplazamientos (Desplazamiento (Desplazamiento máximo =
)
Cree la gráfica de
Abra el archivo . Esta versión contiene nervios que ayudan a darle mayor rigidez a la parte superior de la silla.
Cree un estudio
.
Asigne un espesor de
SolidWorks 2010
a ambas superficies.
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Aplique las restricciones de simetría de la misma manera como se hizo en el ejemplo anterior, incluya las aristas de los nervios en los lados izquierdo y derecho.
Use la malla basada en curvatura y la fuerza de
Hay que establecer el contacto entre las caras de la silla y los nervios. De clic derecho a y seleccione
En Tipo seleccione , en seleccione las aristas de los nervios que están en contacto con las caras de la silla. En seleccione las caras de que están en contacto con las aristas anteriores.
Corra el estudio, compruebe el Factor de seguridad ( máximo ( ).
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) y el desplazamiento
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A fin de reducir el peso y comprobar la resistencia de la silla se creará un nuevo estudio, duplicando el anterior. De clic derecho al y seleccione . El nombre del estudio será
Edite la definición de la superficie de la silla a
, deje el nervio en
Corra el estudio, compruebe el Factor de seguridad ( máximo ( ).
7
Abra el archivo estático. Suprima el .
.
) y el desplazamiento
. Cree un estudio y Active una
De clic derecho a
y elija
En tipo elija . Seleccione las 2 caras en forma de anillo con agujeros que están en los componentes y en y respectivamente. SolidWorks 2010
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Agregue un contacto componentes
Vaya al comando
entre las caras en forma de anillo de los y
. En seleccione la arista de cualquier taladro. Active y escriba en . La resistencia del perno es . Factor de seguridad es . La con . Acepte. En el cuadro de diálogo de clic en para agregar esta configuración a todos los pernos.
SolidWorks 2010
. En tipo seleccione
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Ingrese al comando y trabajo es
. Seleccione las caras internas de los componentes . La presión de
.
Enmalle usando una los puntos críticos.
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, ejecute el estudio y verifique
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Universidad Nacional de Ingeniería
8
Abra el archivo , con un minimizar el peso.
. Se optimizará la forma para que resista una carga de de . El objetivo es
Croquice lo siguiente en la cara superior del modelo. Cierre el croquis.
Vaya al comando croquis, elija la opción Acepte.
. Seleccione el último y seleccione la cara superior de la chapa.
Cree un nuevo estudio . Observe que la chapa es tratada como una superficie con un espesor no editable. Agregue sujeciones a los agujeros y una carga de normal a la cara mostrada. Corra el estudio.
SolidWorks 2010
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Universidad Nacional de Ingeniería
En la parte inferior de clic derecho a cualquier pestaña y seleccione
Abra la lista de
En escriba mismo con la cota de
y seleccione
y seleccione la cota de y la cota de
. De clic en
Al final debe tener las 3 variables dentro de la lista y acepte .
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. Haga lo
. Cancele
Universidad Nacional de Ingeniería
Agregue las 2 variables restantes, observe los valores por defecto de .
Abra la lista de
y de clic en
En
escoja
En
agregue
, acepte los valores por defecto.
, seleccione
y en valor escriba
.
En
En SolidWorks 2010
seleccione
seleccione cualquier cara del sólido. Acepte.
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Universidad Nacional de Ingeniería
En
seleccione
De clic al botón )
con la opción
.
(Si no aparece disponible desactive y active la opción
Comienza la optimización (29 escenarios).
Luego de varias iteraciones
SolidWorks 2010
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encuentra la solución óptima.
Universidad Nacional de Ingeniería
9 Asigne el material
.
Parta las caras usando el croquis
Cree un estudio considerando las caras internas del agujero (6) fijas y fuerzas SolidWorks 2010
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Universidad Nacional de Ingeniería
opuestas de
.
Calcule el
Abra la pieza
y el
. Con este croquis parta las caras:
Cree un estudio similar al ejemplo anterior con una fuerza de
¿En qué caso el factor de seguridad es mayor? ¿Donde es mayor el desplazamiento? ¿Cuál diseño es mejor? Modifique los modelos para que tengan un FS de al menos varíe el diámetro de las varillas)
SolidWorks 2010
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(Sugerencia:
Universidad Nacional de Ingeniería
Abra el archivo . Aplique el material y use el comando para partir las caras cilíndricas de los apoyos.
La cara superior del apoyo inferior es . La cara inferior del apoyo superior soporta una carga de hacia abajo.
SolidWorks 2010
Encuentre el
y el
.
Cree un central de
para variar las cotas de y el espesor de nervio para obtener un (O equivalentemente un ), considerando como objetivo reducir el peso.
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Universidad Nacional de Ingeniería
Abra el archivo
. Cree un estudio
.
Cree un estudio (Sugerencia: emplee un cuarto de la pieza y use la simetría), las caras inferiores no pueden moverse en la dirección vertical. La fuerza es de . El espesor de todas las placas es de
SolidWorks 2010
Encuentre lo siguiente: El FS y la deformación máxima. ¿Cuáles son las vigas más afectadas? Haga los cambios necesarios al modelo para que pueda resistir una carga de con un .
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Abra el ensamble a todos los componentes.
. Aplique el material
Cree un estudio de simulación considerando que los agujeros de son fijos y que entre las piezas y hay un conector tipo . La carga es de .
También hay un
SolidWorks 2010
entre las piezas
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y
Universidad Nacional de Ingeniería
Encuentre el
y máxima deformación.
Encuentre los resultados del paso 3 para estas posiciones. Puede usar las configuraciones ya existentes.
SolidWorks 2010
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Universidad Nacional de Ingeniería
está basado en técnicas de dinámica computacional
1 de fluidos (
) y análisis térmico, totalmente integradas en
que
permiten resolver lo siguiente:
Análisis de transferencia térmica de radiación entre superficies a alta temperatura. Posibilidad de calcular también la radiación solar.
Análisis de flujo de líquidos y gases en el interior de válvulas, reguladores y conductos.
Análisis de estructuras giratorias de referencia para la comprensión de los flujos giratorios complejos de determinada maquinaria (ej. bombas y propulsores).
Análisis de flujo momentáneo para simulación de flujo no constante a lo largo del tiempo.
Análisis de transferencia térmica por conducción y convección.
Otras funciones de simulación de flujos:
Análisis de flujo externo de líquidos y gases alrededor de cuerpos sólidos (por ejemplo, el flujo de aire que rodea el ala de un avión o el flujo de agua que rodea a un submarino).
Análisis de flujo turbulento para ilustrar turbulencias de dominios de flujo (por ejemplo, de los gases del inyector del motor de una aeronave).
Simulación real de gases que permita solucionar con precisión las aplicaciones con gases a alta presión o a baja temperatura.
Completo análisis de flujo para flujos de gases en áreas de velocidad subsónica, transónica y supersónica.
Cálculo de descensos de presión en tuberías mediante valores de rugosidad de superficies.
Optimización de diseños mediante parámetros dimensionales y de flujo basados en CFD.
Análisis de flujo de fluidos no newtonianos (sangre, dentífrico o plásticos derretidos).
Análisis de flujos en pared móvil para el estudio de flujos relativos a una estructura móvil de referencia.
SolidWorks 2010
Análisis de cavitación para la identificación, en un modelo, de las áreas en las
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Universidad Nacional de Ingeniería
que se producirá cavitación.
Análisis de humedad orientado al cálculo de la humedad relativa en entornos cerrados para aplicaciones de control climático.
analiza la geometría del modelo y genera automáticamente un dominio computacional en la forma de un prisma rectangular que incluye el modelo. Los planos del dominio computacional son ortogonales a los ejes de coordenadas globales del sistema. Usted puede cambiar el tamaño manualmente o redefinir el dominio computacional utilizando varias opciones:
Cambiar las dimensiones del dominio computacional.
Especificando planos de simetría.
Especificando condiciones de contorno periódicas.
Cambiando a un análisis en 2D. proporciona resultados precisos independientemente de la
complejidad del modelo. Para flujos internos el requisito de modelado es que todas las aberturas del modelo debe ser cerrados con tapas. Esto es necesario porque las condiciones de contorno de flujo de simulación en las entradas y salidas deben ser definidas en superficies en contacto con el fluido. Las tapas ofrecen estas superficies de contacto con el fluido en las entradas y salidas. Puede crear tapas como operaciones Extruir en una parte o como componentes separados en un ensamble. Para los flujos externos, las condiciones de frontera lejana se especifican en los límites del dominio computacional. Puede reducir el tiempo de CPU para el cálculo del campo de flujo mediante el
(una
herramienta del programa) para simplificar el modelo.
Antes de iniciar el cálculo, debe especificar las condiciones de contorno y condiciones iniciales para el campo de flujo. Para los flujos externos, las condiciones de contorno de campo distante se especifican en el dominio computacional. Para los flujos internos, las condiciones de contorno se especifican en el modelo, las entradas y salidas (ver
).
Las condiciones de Frontera transferidas permiten usar los resultados de cáculos previos (que pueden haber sido realizadas en otro proyecto) como condiciones de frontera. Este tipo de condición de frontera puede ser especificado en las fronteras de un dominio computacional para flujos internos o externos. Esto puede servir SolidWorks 2010
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Universidad Nacional de Ingeniería
para no tener que construir tapas en caso de fluidos internos. En cuanto a las
, usted puede especificar manualmente en el
, en la configuración general, especificar de forma local con las condiciones iniciales el cuadro de diálogo, o tomar los valores para ellos de un cálculo anterior.
Luego de la creación automática de dominio y algunos ajustes manuales,
genera
automáticamente
una
malla
computacional.
Como alternativa, puede especificar los parámetros que rigen la malla computacional inicial La malla se denomina inicial, ya que puede ser posteriormente refinada en el cálculo. La malla se crea mediante la división del dominio computacional en rodajas, que se subdividen en celdas rectangulares. A continuación, las células de malla son refinados como sea necesario para resolver adecuadamente la geometría del modelo.
discretiza las ecuaciones de
dependientes del
tiempo y los resuelve en la malla computacional. Bajo ciertas condiciones, para resolver la solución,
automáticamente refinará la malla
computacional en el cálculo de flujo. Debido a que
resuelve los problemas de estado estacionario
mediante la solución de ecuaciones dependientes del tiempo, tiene que decidir cuándo una solución de estado estacionario se obtiene (es decir, la solución converge), por lo que el cálculo se puede detener. ofrece alternativas diferentes de terminar el cálculo. Para obtener resultados que son altamente confiables desde el punto de vista de ingeniería, puede especificar algunos de los
, tales como presión, temperatura, fuerza,
etc, en puntos específicos, y / o en superficies seleccionadas, y / o en los volúmenes seleccionados, y / o en el dominio computacional. Usted puede monitorear sus cambios en el cálculo y pedirle a Flow Simulation su uso como una condición de terminar el cálculo. Junto con los objetivos también puede utilizar otras condiciones de acabado. Durante el cálculo se puede ver los resultados preliminares en los planos seleccionados. También puede detener el cálculo en cualquier momento, y continuar el cálculo posteriormente.
SolidWorks 2010
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Universidad Nacional de Ingeniería
Vaya al menú
, active el complemento.
2 Abra el archivo
(Si desea variar el ángulo de la palanca varíe u
suprima la relación de posición
SolidWorks 2010
104
).
Universidad Nacional de Ingeniería
Vaya a la barra
Dé como nombre
Escoja
y escoja
, presione
.
como el sistema de unidades. Clic en
Escoja el tipo
, seleccione
selecione nada en
SolidWorks 2010
.
, no .
105
.
Universidad Nacional de Ingeniería
Abra
, seleccione
y de clic en el botón
. Clic en
Deje la opción para condición térmica por defecto de pared en en .
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.
y
Universidad Nacional de Ingeniería
Clic en
para aceptar las condiciones i niciales por defecto.
Acepte el tamaño de malla por defecto (a mayor número la malla será más fina)
SolidWorks 2010
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Universidad Nacional de Ingeniería
De clic derecho a
y elija
.
Es necesario especificar una o más condiciones de frontera, las cuales pueden ser condiciones de
.
De clic derecho a
y elija
De clic derecho a la tapa frontal tapa, que está en contacto con el fluido.
SolidWorks 2010
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y del menú elija la cara interna de la
Universidad Nacional de Ingeniería
En tipo escoja de
, elija
y escriba un flujo de masa
. Acepte.
Agregue otra condición de frontera seleccionando la cara interior de dando clic derecho y seleccionando
SolidWorks 2010
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,
Universidad Nacional de Ingeniería
En
seleccione
, seleccione
valor por defecto (
, acepte el
).
Se añaden
para que el programa se enfoque en obtener
soluciones precisas de estos resultados, al momento de resolver las ecuaciones hasta que las soluciones converjan. De clic derecho a
y seleccione
En la parte superior Active la pestaña seleccione
SolidWorks 2010
. En
110
y active
para
.
Universidad Nacional de Ingeniería
Clic en el botón
Clic en
de la barra
. Al terminar cierre la ventana del
Clic en
,
. Establezca el valor en
aproximadamente.
SolidWorks 2010
.
111
Universidad Nacional de Ingeniería
De clic derecho a
Seleccione el plano de
Puede cambiar el valor desplegando la lista bajo la gráfica y dando clic en
SolidWorks 2010
112
.
Universidad Nacional de Ingeniería
De clic derecho a
Agregue
, seleccione
, pude modificar la densidad de vectores con el slider.
De clic derecho en la sobre
y elija
. De clic derecho en
y elija
Active
, acepte. Si es necesario cambie el tipo de gráfica a .
SolidWorks 2010
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Universidad Nacional de Ingeniería
Una gráfica
muestra las superficies donde cierta variable toma
cierto valor ajustable. De clic derecho a gráfica
y de clic derecho en
, clic en
. Oculte la
, escoja
Arrastre el slider, de clic en la regla para agregar otro parámetro (Arrastre un slider hacia el extremo izquierdo o derecho para eliminarlo). Clic en
Se muestra la gráfica. De esta manera se puede observar donde el fluido toma cierto valor en presión, velocidad, temperatura u otro parámetro.
SolidWorks 2010
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Universidad Nacional de Ingeniería
De clic derecho a
.
De clic derecho a
Abra la pestaña escriba
, seleccione
en
. Escoja
De clic derecho a SolidWorks 2010
,
en
.
Cambie
115
Universidad Nacional de Ingeniería
y
a
.
De clic derecho a
De clic al botón
De clic al botón
y luego en
. Clic en
. Oculte
.
Clic derecho en en
. La animación se guarda como
Seleccione . Clic en
Aparecen las gráficas de
y los datos numéricos en
116
y
.
datos se grafican siguiendo la trayectoria del croquis.
SolidWorks 2010
y active
. Los
Universidad Nacional de Ingeniería
Valvula.sldasm [Proyecto1] 2 ) 1.5 s / m 1 ( y t i c 0.5 o l e V 0
-0.5
Croquis1@Line1@L ine2@Line3_1 0
0.1
0.2
0.3
Length (m)
Valvula.sldasm [Proyecto1] ) 103500 a P ( e r 102500 u s s 101500 e r P
Croquis1@Line1@L ine2@Line3_1
100500 0
0.1
0.2
0.3
Length (m)
Se usan
para determinar el valor de parámetros
como presión o temperatura en ciertas partes del modelo en contacto con el fluido. De clic derecho a
Seleccione
en
.
SolidWorks 2010
117
y en
elija
. Clic en
Universidad Nacional de Ingeniería
De aquí se puede obtener la caída de presión en la válvula Así como la velocidad de entrada el botón
. También puede exportar la tabla con
.
3 Se va a modificar la geometría de una de las piezas para observar su influencia en el flujo de agua. Para ello se va a agregar un nuevo proyecto y se agregará una configuración a la pieza. Vaya a la pestaña derecho a
SolidWorks 2010
y escoja
118
, de clic
Universidad Nacional de Ingeniería
En nombre de configuración escriba
Abra la pieza
. Acepte.
. Vaya a la pestaña
agregue una configuración
Agregue un redondeo de
SolidWorks 2010
en la cara seleccionada.
119
y
Universidad Nacional de Ingeniería
Salve la pieza, regrese al ensamble. De clic derecho a la pieza seleccione
.
Active la configuración
Active el
y acepte.
dando doble clic en su nombre dentro del . De
a los mensajes que aparecen.
Vaya a la pestaña
y de clic derecho al
elija
SolidWorks 2010
y
120
,
Universidad Nacional de Ingeniería
Seleccione
y en
En la barra
seleccione el
de clic en
Use
para hallar la nueva presión de entrada. La caída de
presión será: (menor que la anterior)
Active el
. Clone el
De clic derecho a
Cambie el caudal de
En la barra
SolidWorks 2010
a
de clic en
121
dando como nombre
Universidad Nacional de Ingeniería
Use
para hallar la nueva presión de entrada. La caída de
presión será: (mayor que la anterior)
4 En este ejemplo se analizará un intercambiador de calor. Se analizará las temperaturas y los patrones de fluido. Un tema importante es el cálculo de la efectividad del intercambiador, la cual se puede definir como:
Para calcular la máxima transferencia de calor se debe encontrar cual es el fluido que presenta menor valor de:
̇
̇ es el Donde
y es el
menor valor de es considerado el expresar la
. El fluido con el . En general una manera de
es:
Abra el archivo
. Se creará un proyecto que tenga las
características de presión y temperatura de la figura. Se desea conocer las temperaturas de las salidas.
SolidWorks 2010
122
Universidad Nacional de Ingeniería
Aire tibio p = 1 atm Agua fría T = 293.2K 0.02Kg/s
Agua tibia p = 2 atm
Aire caliente v = 10m/s T = 600K
De clic en el botón y unidades
de la barra
. Escriba como nombre
.
El tipo de análisis es
, active
. De esta manera
se está habilitando la conducción de calor en sólidos, lo cual servirá para que exista transferencia de calor entre los fluidos a través de las paredes de los tubos. Clic en
Expanda Asegúrese que
SolidWorks 2010
.
y añada
, expanda también
esté marcado como el
123
y añada . Clic en
. .
Universidad Nacional de Ingeniería
Abra
y seleccione
. Si desea agregar un material
proveniente de las piezas del ensamble puede abrir
y
seleccionarlo.
En
seleccione escriba
y en
. De esta manera se permite la
transferencia de calor entre las paredes del intercambiador y el aire exterior.
SolidWorks 2010
124
Universidad Nacional de Ingeniería
En
escriba
. Clic en
Acepte los valores por defecto y de clic en
.
5 Debido a que el ensamble es simétrico se puede ahorrar tiempo en el cálculo si se usa la simetría como condición de frontera. Clic derecho sobre
En
escriba , vaya a la pestaña . Clic en
SolidWorks 2010
. Oculte el
125
y en .
escoja
Universidad Nacional de Ingeniería
El fluido por defecto
se aplica a todo el dominio computacional, para
especificar un fluido diferente en ciertas partes del dominio se debe especificar un subdominio. Clic derecho en
Seleccione la cara interna de la
, en
seleccione
y active
Ahora para las condiciones iniciales escriba
en
,
en y
en .
Acepte.
De dos clics sobre
SolidWorks 2010
y escriba
126
como nombre.
Universidad Nacional de Ingeniería
6 Clic derecho a Seleccione la cara interna de
. En
elija
. Escriba
en
(es la mitad del
está trabajando con simetría) y
en
inicial ya que se .
Renombre la condición de frontera
a
Clic derecho a Seleccione la cara interna de , escriba
. En
en
elija
.
Renombre la condición de frontera
a
Clic derecho a Seleccione la cara interna de
. En
. Escriba SolidWorks 2010
en ,
en y
127
en .
elija
Universidad Nacional de Ingeniería
Renombre la condición de frontera a
.
Clic derecho a Seleccione la cara interna de , escriba
en y
. En
elija
en .
Renombre esta condición de frontera a
7 Todos los sólidos del ensamble tienen el material por defecto especificado en el
. Se va a especificar un material diferente para las tapas porque se
desea que se comporten como
.
Clic derecho sobre
Seleccione las 4 tapas en
y en
.
SolidWorks 2010
128
escoja
Universidad Nacional de Ingeniería
De clic derecho a
Seleccione la pieza
y active
(Promedio).
De clic en la barra
. Clic en
Clic derecho a
SolidWorks 2010
129
.
Universidad Nacional de Ingeniería
Active
y acepte.
De doble clic a
, aparece la tabla:
De aquí se puede extraer la temperatura promedio del intercambiador.
Clic derecho a y
SolidWorks 2010
Seleccione el plano .
130
y active
Universidad Nacional de Ingeniería
8 Ajuste la
a
, cambie el
a
e
con los siguientes datos: Seleccione gráfica es del tipo
y escriba
. La
.
De clic derecho
Seleccione y en
SolidWorks 2010
en
131
active
. De clic en
active .
Universidad Nacional de Ingeniería
De aquí la temperatura de salida de agua es
(subió
respecto a la
entrada). Ahora seleccione
y de clic en
La temperatura de salida del aire es
El flujo de masa de aire es de
(bajó
).
. Acepte
.
9 De acuerdo a pasos anteriores el agua tiene un flujo de masa de aire
. Pero el agua tiene un calor específico de 4 veces el del aire, de
modo que de acuerdo a la ecuación
Usando la ecuación
el fluido mínimo es el aire.
y los datos de temperaturas en los pasos anteriores:
SolidWorks 2010
y el
132
Universidad Nacional de Ingeniería
10 Abra el archivo
. Se desea analizar este ensamble haciendo
ingresar un caudal determinado por la entrada axial vertical, el cual será impulsado hacia la salida rectangular que está libre al medio ambiente.
Q = 0.3 m3/s
P = 1atm = 2000 RPM
Se calculará la eficiencia del impulsor, definida por:
Donde: son las
, es el
del impulsor y es el
Usando el
, es la
.
defina un proyecto con las siguientes características:
Nombre del proyecto Sistema de unidades Tipo de análisis Características físicas
Fluido por defecto Condiciones de pared Condiciones iniciales Resolución de geometría
Especifique una condición de entrada del tipo SolidWorks 2010
133
, seleccionando
Universidad Nacional de Ingeniería
la cara interna de
, con un valor de
.
Especifique una condición de entrada del tipo seleccionando la cara interna de
Al haber especificado
,
, con los valores por defecto.
en el
todas las paredes del
estudio rotarán con la velocidad especificada, por ello es necesario indicar las paredes que permanecerán estacionarias. Para ello Inserte una condición de frontera, seleccione el componente
Active el botón
:
y active las opciones . Clic en
El componente
y . Active
y
.
solo servirá para medir la presión a la salida del
impulsor, por ello hay que desactivarlo de la simulación de fluidos. Entre al menú SolidWorks 2010
Clic en
134
y
.
Universidad Nacional de Ingeniería
Añada los siguientes objetivos (
Tipo
)
, medir
, seleccionar la cara interna de
.
Tipo
, medir
cilíndrica interna de
Tipo
, seleccionar la cara
. , medir
, seleccionar las caras de
en contacto con el fluido (Para la selección de caras siga el procedimiento del paso , seleccionando
en vez de
)
Renombre los objetivos como se indica
Clic en
En
ingrese
. Para ello
selecciónelos desde el tree de como
SolidWorks 2010
.
135
. Acepte y renombre la ecuación
Universidad Nacional de Ingeniería
Añada otra ecuación llamada
Para
con la expresión:
seleccione
desde el tree y en la
ventana seleccione
en la Lista de parámetros.
Ejecute la simulación.
Inserte una vista de corte con el Plano puede usar el botón
, pestañas
, activando y
y
para cambiar
el número de colores y tamaño de vectores respectivamente.
Inserte la respuesta de Objetivos (
SolidWorks 2010
136
,
), activando todos los parámetros.
Universidad Nacional de Ingeniería
De aquí la eficiencia es
11 Abra el archivo
. Cree un proyecto con las
siguientes características: Nombre del proyecto Sistema de unidades Tipo de análisis Fluido por defecto Condiciones de pared Condiciones iniciales Resolución
de
geometría
Agregue una condición de entrada: Nombre de condición Selección Tipo Mass flow rate normal to face
Una condición de salida: Nombre de condición Selección Tipo Otras opciones
SolidWorks 2010
137
Universidad Nacional de Ingeniería
Nombre del objetivo Selección Parameter Una ecuación: Nombre del objetivo Expression
Añada gráficas Tipo
(plano
, mostrando
)y
luego muestre las trayectorias, anime y guarde como video.
Muestre el objetivo que calcula la caída de presión.
Clone el proyecto y cree nuevas configuraciones variando la relación de posición y
y el Flujo de masa para obtener las caídas de presión (en ) en los casos siguientes (El primero ya está resuelto). Flujo de masa (kg/s) 1
Relación de posición Distancia1 (mm)
SolidWorks 2010
5
914.08
0
138
2
Universidad Nacional de Ingeniería
Abra el archivo
.
Conforme al ejemplo
cree un proyecto
para calcular la eficiencia del impulsor (Debe incluir Goals y ecuaciones). Use la siguiente información:
P = 1atm
= 2800 RPM
Aire Q = 0.8 m^3/s
Muestre la eficiencia del ventilador.
SolidWorks 2010
139