EJERCICIOS DE ANSYSEJEMPLO 1: ANLISIS LINEAL DE PANDEOSi un componente mecnico exhibe inestabilidad estructural, la bsqueda de la carga que causa bifurcacin estructural es referida como una carga de pandeo. Debido a que la carga de pandeo no es conocida, las ecuaciones de equilibrio para este tipo de anlisis envuelven la solucin de ecuaciones algebraicas homogneas cuyo autovalor ms bajo corresponde a la carga de pandeo.Una placa rectangular est sujeta a carga uniforme compresiva a lo largo de la arista superior mientras que la arista inferior esta fija. La placa es 0.45 m largo, 0.3 m de ancho y 0.003 m de espesor. Esta manufacturada en acero con modulo elstico de E = 200 GPa y Poisson de v = 0.32. Se pide determinar los primeros cuatro modos de pandeo

1.- CAMBIE EL TTULO A PANDEOEn el Utility menu bar seleccione File > Change Title: PANDEOLuego ir a Plot < Replot para visualizar el titulo2. DEFINA EL TIPO DE ELEMENTOPara Element Type seleccioneShell 8node 281

3.- DEFINIR PROPIEDADES DEL MATERIALEn Preprocessor seleccionar Material Props > Material ModelsSeleccionar material elstico, lineal e isotrpico, llenar en el campo de Mdulo de elasticidad el valor de E = 200e9, y 0.3 para PRXY DEFINIR PROPIEDADES GEOMTRICASEspecifique el espesor usando el siguiente camino:Main Menu > Preprocessor > Sections > Shell > Lay-up

4. CREAR LA GEOMETRIAAnsys Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Areas > Rectangle > By Dimensions

Numerar las lneas con: Utility Menu > PlotCtrls > Numbering

Utility Menu > Plot > Lines

Especifique el nmero de elementos para el mapeado del mallado, para 1 y 3 use 15 divisiones, para 2 y 4 use 25 divisiones con:Main Menu > Preprocessor > Meshing > Size Cntrls > Manual Size > Lines > Picked Lines

Crear el mallado utilizando:Main Menu > Preprocessor > Meshing > Mesh > Areas > Mapped > 3 or 4 sidedPicamos en el rea y Ok

SOLUCINMain Menu > Solution> Define Loads > Apply > Structural > Displacement > On Nodes Impedimos el movimiento en Z en todos los lmites Uz = 0

Impedimos el desplazamiento en Y de la arista inferior UY = 0

Impedimos el desplazamiento en x del punto [0,0,0], Ux = 0

Aplicamos una presin estructural en la arista superior de valor 1 N/m2 con:Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Pressure > On Nodes

Activamos los efectos de pretensado con Main Menu > Solution > Analysis Type > Soi'n Controls

Resolver el sistema de ecuaciones mediante:Solution > Solve > Current LSAparecer el mensaje: Solution is doneEl postprocesado es el siguiente

Main Menu > FinishCambiamos el tipo de anlisis con:Main Menu > Solution > Analysis Type > New Analysis

Main Menu > Solution > Analysis Type > Analysis Options

Expandir los modos mediante:Main Menu > Solution > Load Step Opts > Expansion Pass > Single Expand > Expand Modes

Main Menu > Solution > Solve > Current LSPOSTPROCESADORevisin de las cargas de pandeoMain Menu > General Post Proc > Results Summary

La carga que iniciara el pandeo es por tanto: 0.2346 MpaMain Menu > General PostProc > Read Results > First SetY Plot Results > Contour Plot > Nodal Solution

Revisar de la misma manera los otros modos de pandeo

Animar con PlotCtls > Animate > Mode Shape

EJEMPLO 2: ANALISIS NO LINEAL DE PANDEO

En primer lugar se efectuara el anlisis lineal 1.- CAMBIE EL TTULO En el Utility menu bar seleccione File > Change Title: EIGEN-VALUE BUCKLING ANALYSISLuego ir a Plot < Replot para visualizar el titulo2. DEFINE KEYPOINTSPreprocessor > Modeling > Create > Keypoints > In Active CsKeyPointsCOORDENADAS

1(0,0)

2(0,100)

Dibujamos una linea vertical con:

Preprocessor > Modeling > Create > Lines > Lines > In Active Coord

DEFINA EL TIPO DE ELEMENTOPara Element Type seleccione Beam < 3 node 189

Definimos la seccin de la viga en Beam < Common Sections: una viga de 10 x 10 mmLos materiales definimos con:Preprocessor > Material Props > Material Models > Structural > Linear > Elastic > IsotropicEx = 200000PRxy = 0.3 MALLADOPreprocessor > Meshing > Size Cntrls > ManualSize > Lines > All Lines.Especificamos una longitud de 10 mm

Preprocessor > Meshing > Mesh > Lines > click 'Pick All

ASIGNACIN DE CARGASSOLUCINSolution > Define Loads > Apply > Structural > Displacement > On KeypointsRestringir el primer nodo ALL DOF 0

Aplicamos una carga de -1 N en un extremoSolution > Define Loads > Apply > Structural > Force/Moment > On Keypoints

Activamos los efectos de pretensado con Main Menu > Solution > Analysis Type > Soi'n Controls

Resolver el sistema de ecuaciones mediante:Solution > Solve > Current LSAparecer el mensaje: Solution is doneMain Menu > FinishPANDEO LINEALCambiamos el tipo de anlisis con:Main Menu > Solution > Analysis Type > New AnalysisSolution > Analysis Type > New Analysis > Eigen Buckling

Para desarrollar un anlisis de pandeo, efectos de pretensin deben ser activados.Solution > Analysis Type > Analysis OptionsSeleccionamos cinco modos

Expandir los modos mediante:Main Menu > Solution > Load Step Opts > Expansion Pass > Single Expand > Expand Modes

Solution > Solve > Current LSAparecer el mensaje: Solution is donePOSTPROCESADORevisin de las cargas de pandeoMain Menu > General Post Proc > Results Summary

La carga que iniciara el pandeo es por tanto: 40864 NMain Menu > General PostProc > Read Results > Last SetY Plot Results > Contour Plot > Nodal Solution

El ltimo set es:

ANALISIS DE PANDEO NO LINEALMain menu < FinishMeshing > Clear > linesPreprocessor > Meshing > Size Cntrls > Lines > All Lines.MALLADOPreprocessor > Meshing > Size Cntrls > ManualSize > Lines > All Lines.Especificamos una longitud de 1 mm

Main Menu > Solution > Analysis Type > New AnalysisSolution > Analysis Type > New Analysis > StaticActivamos Main Menu > Solution > Analysis Type > Soi'n Controls en la carpeta Basic

Nuevamente activamos Main Menu > Solution > Analysis Type > Sol'n Controls en la carpeta Non linear

Fijar el nodo 0,0 conSolution > Define Loads > Apply > Structural > Displacement > On KeypointsColoque una carga de -50000 N en la direccin Fy tambin aplique una carga de -250N en la direccin FX. Esta carga horizontal iniciara el bucle en la mnima carga de pandeo

Solution > Solve > Current LSSOLVE

Esto muestra la convergencia de la solucinPOSTPROCESADOUtility Menu > PlotCtrls > Style > Size and Shape

General Postproc > Plot Results > Deformed Shape... > Def + undeformed

VISUALIZACIN DE LOS RESULTADOS HISTRICOSMain Menu > TimeHist Postpro

Clic el botn + verde y seleccionar Nodal Solution > DOF Solution > Y-Component of displacement del kp en (100,0)

Nuevamente Clic el botn + verde y seleccionar Reaction Forces > Structural Forces > Y-Component of Force del Kp en (0,0)

Para establecer los ejes correctamente vamos a:Utility Menu > Plot Ctrls > Style > Graphs > Modify Axes

Y seleccionar los ejes apropiados

La fuerza de pandeo con este mtodo estara alrededor de 38000 NEJERCICIOSEfectuar un anlisis de estabilidad en ANSYS WORKBENCH

EJEMPLO 3: ANALISIS TERMOMECNICODeformaciones y tensiones constituyen una parte de las consideraciones de diseo para muchos problemas prcticos de ingeniera. Ellos llegan a ser especialmente crticos con materiales de diferentes coeficientes de expansin trmica.

Como un ejemplo de un anlisis termomecnico con ANSYS, considere un diseo electrnico conteniendo un chip de silicio, un substrato epxico y un moling compoud.E (GPa)Referencia del Material

Substrate220.39181

Die-attach7.40.4522

Silicon1630.2782.63

Molding compound150.25164

1.- Grabar con un carpeta especifica y con el nombre termomecnica.dbDar un titulo al trabajo con File < Change Title . Luego ir a Plot y Replot2. DEFINA EL TIPO DE ELEMENTOPara Element Type seleccione Solid y Quad 4 Node 42, Clic en Options; seleccione Plane StrainMain Menu > Preprocessor > Material Props > Material Models > Structural, Linear, Elastic

Ingresar el resto de materiales con Material > New Model

3. CREAR LA GEOMETRIAAnsys Main Menu > Preprocessor > Modeling > Create > Areas > Rectangle > By DimensionsCrear rectngulos segn la siguiente tabla:

Y as sucesivamente hasta formar el solido

Pegamos las reas con Ansys Main Menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Glue >Pick All y plot Areas

4.- MALLADOIr a Main Menu > Preprocessor> > Meshing > Mesh Tool Seleccionar Mapped < 3 or 4 sided

En la misma herramienta seleccionar Areas en Element Attributes

Y damos clic en Set para asignar a cada rea el tipo de material, seleccionamos las tres reas indicadas y Ok.

Verificamos que en MAT se encuentre 1

Repetimos con el rea correspondiente al die-attach que corresponde a 2

Repetimos con la siguiente rea que corresponde a Silicon o nmero 3

Finalmente las reas indicadas que corresponden a Molding Compound que corresponden a 4

Con Plot Areas. Observamos las reas asociados a sus materiales

Finalmente con mesh tool y con Mesh y Pick All, mallamos todas las reas

SOLUCINAplicamos las restricciones con:Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Displacement > On Nodes

Seleccionar el eje y y restringir en XSeleccionar el punto 0,0 y restringir en los dos ejes

Aplicamos la carga trmica usando el siguiente camino:Main Menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Temperature > Uniform Temp

Main Menu > Solution > Solve > Current LSAceptar las ventanas y esperar hasta que aparezca el mensaje solution is donePOSTPROCESAMIENTOMain Menu > General PostProo > Plot Results > Deformed Shape

Main Menu > General Postproc > Plot Results > Contour Plot > Nodal Solu

En forma similar verificamos el cortante xy

Vamos a revisar las tensiones a lo largo de caminos verticales definidos, se utilizara un camino vertical en x= 5 Main Menu > General Postproc > Path Operations > Define Path > By Nodes

Nombramos a este camino como v1

Definimos un segundo camino V2 a 2.5 mm del origen

Activamos el camino V1 conMain Menu > General Postproc > Path Operations > Recall Path

Seleccionamos V1 y activamos las funciones a ser graficadas con:Main Menu > General Postproc > Path Operations > Map onto PathSeleccionamos las siguientes tensiones:yy, xy y Von Mises

Para graficar vamos a:Main Menu > General Postproc > Path Operations > Plot Path Item > On Graph

Ok

A continuacin se obtiene los grficos a lo largo de v2

Ing. Fernando Olmedo