Comparación de Análisis Simulación AnálisisIIConferencia Internacional de Usuarios de ANSYS Cae Plm Cad 2002 ConferenciaConferencia Ingeniería, Desarrollo y Manejo de Información

The Virtual Engieneering Company

IngenieríaDiseñoAnálisis

Sim

ulació

n

II Conferencia Internacional de Usuarios de ANSYS

Cae

Plm

Cad

20022002ConferenciaConferencia

www.grupossc.com

Ingeniería, Desarrollo y Manejo de Información

Cae

Cad

Plm

30, 31 de Octubre y 1 de Noviembre

Comparación de Análisis Teóricos de Esfuerzos Contra Análisis Virtuales en Design

Space.

Isaac TlapancoNoviembre de 2002

Instituto Tecnológico de Celaya



Sim

ulació

n


Cae

Plm

Cad


www.grupossc.com


Cae

Cad

Plm


Justificación.

• De las geometrías que se realizan en el diseño, no todas pueden analizarce por teórias convencionales de Ingeniería siendo el Análisis por Elemento Finito la alternatíva de vanguardia, aún asi;

• ¿Sus resultados son correctos?• ¿Es confiable un resultado virtual?



Sim

ulació

n


Cae

Plm

Cad


www.grupossc.com


Cae

Cad

Plm


Contenido

• Conocimiento del proceso teórico

• Fórmulas necesarias y su evaluación

• Modelado en CAD para DesignSpace

• Asignación de materiales

• Condiciones de frontera• Mallado• Solución e

interpretación de resultados



Sim

ulació

n


Cae

Plm

Cad


www.grupossc.com


Cae

Cad

Plm


σ

σσaσr

Tensiòn (+)Compresiòn (-)

σ = F / A

+

Conocimiento del proceso teórico

Punzón, elemento cargado axialmente a compresión

Lámina, sometido a cortante puro

Fatiga del Punzón, elemento con esfuerzos repetidos a compresión

Filo del Punzón, elemento sometido a esfuerzos de contacto

σ



Sim

ulació

n


Cae

Plm

Cad


www.grupossc.com


Cae

Cad

Plm


Fórmulas necesariasTeoría del Esfuerzo Cortante Máximo

η = σu . σmax

σmax = (/σ1-σ2/,/σ2-σ3/,/σ3-σ1/)

η = 1σ2 = σ3 = 0σmax = F.

Ap

F = Ap * τu = 11065.94 N

Ap = Π * D * t corte del materialD = 5.6 mm.t = 3.4 mm. espesor de la láminaσmax = τu = 0.5σu = 185Mpa

Teoría del Esfuerzo Normal Máximoη = σy .

σmaxσmax = (/σ1/,/σ2/,/σ3/)

σ1 = σ2 = 0σmax = F*kt

Aη = 4.89

A = Π * r2

r = 2.8 mm. radioF = 11065.94 Nkt = 1 concentradorσy = 2200 Mpa



Sim

ulació

n


Cae

Plm

Cad


www.grupossc.com


Cae

Cad

Plm


Esfuerzos fluctuantes invertidos

σm = σmax = 224.642

σr = σmax = 449.28σa = σr = 224.64

2Curva de fatiga para el acero D2

Sf = a * Nb

Se = 326.039 Mpa1x106 ciclos

De la teoría de Soderbergη = 1 .

σa + σmSe Syt

η = 1.26

Esfuerzos de Contacto

F = 11065.94 NR = 2.8mm.σc = F .

2πR 3 R2 – r 2r = 0σc = 224.64 Mpa

Fórmulas necesarias....



Sim

ulació

n


Cae

Plm

Cad


www.grupossc.com


Cae

Cad

Plm


Modelado en CAD paraDesignSpace

• Modelamos el sistema que vamos a analizar en IronCAD

• 1 punzón• 2 lámina• 3 matriz



Sim

ulació

n


Cae

Plm

Cad


www.grupossc.com


Cae

Cad

Plm


Asignación de materiales• Punzón y matríz de

acero AISI D2

• Módulo de YoungE=200 Gpa.

• Módulo de Pissonν=0.3

• Resistencia de fluencia σy=2200 Mpa

• Resistencia última σu=2300 Mpa

• Lámina de acero AISI 1010

• Módulo de YoungE=200 Gpa.

• Módulo de Pissonν=0.3

• Resistencia de fluencia σy=300 Mpa

• Resistencia última σu=370 Mpa

• Incluimos los valores de fatíga



Sim

ulació

n


Cae

Plm

Cad


www.grupossc.com


Cae

Cad

Plm


Condiciones de frontera enDesignSpace

•Cilindrical support, para suponer el movimiento axial del sistema•Fixed support, para suponer la rigidez de la base del sistema•Para suponer un cuerpo rígido colocamos la fuerza en la punta del punzón•Para idealizar el corte de Lámina colocamos un Fixed support adicional

•Colocamos la fuerza en la base del punzón•Para idealizar el análisis colocamos un Fixed support adicional



Sim

ulació

n


Cae

Plm

Cad


www.grupossc.com


Cae

Cad

Plm


•Aislamos el fenómeno en el modelo de un análisis de contacto entre un punzón y una superficie seminfinita•Cilindrical support, para suponer el movimiento axial del punzón•Fixed support, para suponer la rigidez de la base de la Lámina•El contacto Frictionless es considerando separacion y deslizamiento entre elementos



Sim

ulació

n


Cae

Plm

Cad


www.grupossc.com


Cae

Cad

Plm


Criterios de malladoDesignSpace

Refinamos las regiones de interés y dejamos converger a Design Space, esto sirve para que el programa no utilice memoria en regiones no importantes al momento de converger



Sim

ulació

n


Cae

Plm

Cad


www.grupossc.com


Cae

Cad

Plm


Solucion e interpretaciónde resultados

•Teoría de Cortante Máximo•Teoría de Esfuerzos Eqivalentes

•Teoría de Normal Máximo•Teoría de Coulomb – Mohr•Esfuerzos de fatiga de Soderberg

NOTA: Seleccionar solo las superficies de interés



Sim

ulació

n


Cae

Plm

Cad


www.grupossc.com


Cae

Cad

Plm


•La convergencia sucede en la Teoría de Esfuerzo Cortante Máximo en el 2o loop, esto nos indica que el error matemático por mallado es mínimo

•La convergencia de la Teoría de Coulomb - Mohr sucede en el 2o Loop



Sim

ulació

n


Cae

Plm

Cad


www.grupossc.com


Cae

Cad

Plm


• Convergencia: en la Teoría de Esfuerzo Normal Máximo no hay convergencia, encontramos que Design Space solo esta diseñado para analizar estructuras frágiles a tensión ya que no aplica la la fórmula teórica: σmax = (/σ1/,/σ2/,/σ3/)

En el proceso de corte siempre seráσ3 el mayor absoluto de los 3 esfuerzos principales para el punzón y la matríz/σ3/>/σ2 />/σ1/



Sim

ulació

n


Cae

Plm

Cad


www.grupossc.com


Cae

Cad

Plm


•La convergencia de Fatígasucede en el 2o Loop

•El análisis de fatiga utiliza el Esfuerzo Principal Máximo σ3. La fatiga así como el factor de seguridad estructural sucede en el cambio de sección del punzón



Sim

ulació

n


Cae

Plm

Cad


www.grupossc.com


Cae

Cad

Plm


•La convergencia del Esfuerzo normal en Z que es el representatívo del esfuerzo contacto σc sucede en el 2o Loop

•El análisis de Contacto esta evaluado por el Esfuerzo normal en Z que es el representatívo del esfuerzo contacto σc y sucede el el filo del Punzón



Sim

ulació

n


Cae

Plm

Cad


www.grupossc.com


Cae

Cad

Plm


Comparación de resultados% error = ηt – ηv

ηt

LÁMINA PUNZÓN CONTACTOANALÍTICO VIRTUAL % DE ERROR ANALÍTICO VIRTUAL % DE ERROR ANALÍTICO VIRTUAL % DE ERROR

η τ max 1 0.97 3.00%η σ max 4.89 4.31 11.86%η fatíga 1.26 1.56 -23.81%σz 224.64 283.15 -26.05%



Sim

ulació

n


Cae

Plm

Cad


www.grupossc.com


Cae

Cad

Plm


Modelado de el procesocomo ensamble

• Una vez realizado la comprobación de resultados teóricos sometemos el ensamble del proceso a una simulación virtual



Sim

ulació

n


Cae

Plm

Cad


www.grupossc.com


Cae

Cad

Plm


Solución e interpretaciónde resultados

• Los esfuerzos sobre la Lámina suceden en la misma región esperada y analizada teóricamente

• Los esfuerzos sobre el punzón suceden en la región de contacto justificada por la evaluación teórica de σz•Solo que aquí se toma todo el sólido para converger y no solo las

superficies.



Sim

ulació

n


Cae

Plm

Cad


www.grupossc.com


Cae

Cad

Plm


• Los esfuerzos sobre la Lámina convergen disminuyendo el error matemático por mallado, mostramos el de Cortante Máximo

• Los esfuerzos sobre el punzón convergen disminuyendo el error matemático por mallado, mostramos el de Coulomb -Mohr



Sim

ulació

n


Cae

Plm

Cad


www.grupossc.com


Cae

Cad

Plm


• Los esfuerzos sobre el punzón convergen disminuyendo el error matemático por mallado, mostramos el de Contacto

• Los esfuerzos sobre el punzón convergen disminuyendo el error matemático por mallado, mostramos el de Fatiga



Sim

ulació

n


Cae

Plm

Cad


www.grupossc.com


Cae

Cad

Plm


Comparación de resultados% error = ηt – ηv

ηt

LÁMINA PUNZÓN CONTACTOANALÍTICO VIRTUAL % DE ERROR ANALÍTICO VIRTUAL % DE ERROR ANALÍTICO VIRTUAL % DE ERROR

η τ max 1 0.72 28.00%η σ max 4.89 1.21 75.26%η fatíga 1.26 0.464 63.17%σz 224.64 1718.5 -665.00%



Sim

ulació

n


Cae

Plm

Cad


www.grupossc.com


Cae

Cad

Plm


Casos reales

• Estas fotografías corroboran los estudios mostrados, haciendo patente la necesidad de obtener metodologías de vanguardia que nos disminuyan las fallas mostradas



Sim

ulació

n


Cae

Plm

Cad


www.grupossc.com


Cae

Cad

Plm


Conclusiones

• Como una aproximación de un Proceso de Corte, DesignSpace nos permite a los Diseñadores realizar Geometrías confiables disminuyendo la incertidumbre en las pruebas, ya que muchas de las ocasiones en la Troquelería no se pueden hacer prototipos de Troqueles y los ajustes se realizan ya que el Troquel se ha fabricado completamente

Documents

Comparación de Análisis Simulación AnálisisIIConferencia Internacional de Usuarios de ANSYS Cae Plm Cad 2002 ConferenciaConferencia Ingeniería, Desarrollo y Manejo de Información