I

Estudio de la influencia de los parámetros de contacto de ANSYS en la resolución

de problemas de interacción mecánica superficial.

ÍNDICE

Capítulo 1. Introducción……………………………………………………….5

1.1.- Motivación del proyecto………………………………………5

1.2.- Antecedentes…………………………………………………..6

1.3.- Estructura del proyecto………………………………………8

Capítulo 2. Formulación del problema de contacto mecánico………………9

2.1.- El método de los elementos finito…………………………….9

2.1.1.- Ecuaciones de la elasticidad………………………....10

2.1.2.- Principio de los trabajos virtuales……………………10

2.1.3.- Formulación matricial de las ecuaciones elásticas y del

PTV………………………………………………….11

2.1.4.- Discretización matemática…………………………...13

2.2.- Interacción mecánica…………………………………………14

2.3.- El problema cohesivo………………………………………...16

Capítulo 3. Modelado numérico del problema de contacto mediante

ANSYS………………………………………………………….19

3.1.- Entorno de trabajo……………………………………………20

3.1.1.- Bases del análisis no lineal con ANSYS……………...21

3.2.- Metodologías de resolución…………………………………..22

3.2.1.- Penalty Method………………………………………22

3.2.2.- Lagrange Multiplier Method………………………...23

3.2.3.- Augmented Lagrange Method……………………….23

3.3.- Tipos de elementos…………………………………………...24

3.3.1.- Contacto Superficie-Superficie: Elemento

CONTA172…………………………………………..24

3.3.2.- Contacto Nodo-Nodo: Elemento CONTA178………..25

II

Estudio de la influencia de los parámetros de contacto de ANSYS en la resolución

de problemas de interacción mecánica superficial.

3.4.- Pasos de resolución…………………………………………...26

3.4.1.- Creación de la geometría del modelo y de la malla….26

3.4.2.- Identificación de los pares de contacto……………....25

3.4.3.- Designación de los elementos CONTA y TARGET….27

3.4.4.- Definición de la superficie TARGET…………………...28

3.4.5.- Definición de la superficie CONTA…………………….29

3.4.6.- Establecer las constantes reales y las opciones de los

elementos…………………………………………….30

3.4.7.- Aplicación de las condiciones de contorno…………..31

3.4.8.- Definición de la solución y de las opciones de carga...31

3.4.9.- Resolución del problema……………………………..32

3.4.10.- revisión de los resultados…………………………...33

3.5.- Problemas con varios pasos de cargas………………………..33

3.5.1.- Pasos de carga, subpasos de carga e iteraciones de

equilibrio……………………………………………..34

3.6.- El problema cohesivo………………………………………...35

3.6.1.- Zona de material cohesivo…………………………...36

3.6.2.- Modos de despegue………………………………….37

Capítulo 4. Ejemplos de estudio……………………………………………...39

4.1.- Contacto 2D de dos cilindros. Problema similar……………..40

4.1.1.- Descripción del problema……………………………40

4.1.2.- Solución de Hertz……………………………………41

4.1.3.- Modelo de elementos finitos…………………………42

4.1.4.- Resultados numéricos………………………………...43

4.1.4.1.- Solución Superficie-Superficie……………..44

4.1.4.2.- Solución Nodo-Nodo………………………46

4.2.- Contacto 2D de dos cilindros. Problema no similar………….52

4.2.1.- Descripción del problema……………………………52

4.2.2.- Solución de Hertz……………………………………53

4.2.3.- Modelo de elementos finitos…………………………53

4.2.4.- Resultados numéricos………………………………...54

III

Estudio de la influencia de los parámetros de contacto de ANSYS en la resolución

de problemas de interacción mecánica superficial.

4.2.4.1.- Solución Superficie-Superficie……………..54

4.2.4.2.- Solución Nodo-Nodo………………………56

4.3.- Unión en cola de milano……………………………………...61

4.3.1.- Descripción del problema…………………………....61

4.3.2.- Modelo de elementos finitos………………………....63

4.3.3.- Resultados numéricos………………………………...64

4.4.- Viga mixta……………………………………………………67

4.4.1.- Descripción del problema……………………………67

4.4.2.- Modelo de elementos finitos…………………………68

4.4.3.- Resultados numéricos………………………………..70

Capítulo 5. Resumen y Conclusiones………………………………………...75

Anexo de programación