Conceptos Basicos de Elementos Finitos

Conceptos Básicos de Elementos Finitos

Software: SolidWorks Simulation 2013

Alex León Jara

Conceptos Básicos del Análisis

El software utiliza el Método de elemento finito

(FEM). El FEM es una técnica numérica para analizar

diseños de ingeniería. El FEM está aceptado como el

método de análisis estándar debido a su

generalidad y compatibilidad para ser

implementado en computadoras. El FEM divide el

modelo en numerosas piezas pequeñas de formas

simples llamadas "elementos“

Los elementos comparten puntos comunes

denominados "nodos". El proceso de división del

modelo en pequeñas piezas se denomina mallado.

Un elemento tetraédrico donde los puntos rojos representan nodos. Las aristas de un elemento pueden ser curvadas o rectas.

9/14/2013 Curso: Elemetos Finitos 2

Gestor de Simulación

Gestor de operaciones

Gestor deSimulación

Pestaña de Gestor de Simulación

Menú de Simulación


Gestor de SimulaciónMateriales de piezas y ensambles, se resaltan las propiedades mecánicas y físicas del material . Una descripción roja indica que la propiedad es obligatoria en función del tipo de estudio activo y del modelo del material. Una descripción azul indica una propiedad opcional.

El software crea automáticamente una malla combinada de elementos sólidos, de vaciado y de viga. La malla sólida es adecuada para los modelos voluminosos o complejos en 3D. Los elementos de vaciado son adecuados para las piezas delgadas (como las chapas metálicas). Los elementos de viga son adecuados para

miembros estructurales.

El software genera una carpeta Resultados en el gestor de Simulación después de ejecutar un estudio correctamente. Los trazados predeterminados en la carpeta Resultados dependen del tipo de estudio y de las opciones configuradas en la pestaña Opciones predeterminadas del cuadro de diálogo Opciones

Las sujeciones y las cargas definen el entorno del modelo. Cada condición de restricción o de carga está representada por un icono en el gestor de Simulación. El software brinda opciones sensibles al contexto para definir las restricciones. Por ejemplo, si todas las caras seleccionadas son cilíndricas o si se selecciona un eje de referencia, el programa espera que defina las restricciones radiales, circunferenciales y axiales

Un conector simula el comportamiento de un mecanismo sin la necesidad de crear una geometría detallada. El software permite definir conectores rígidos, de muelle, espiga, perno, soporte elástico, articulación, soldadura por puntos y conectores de apoyo. Dichos conectores se encuentran en muchos diseños del mundo real.


Pasos del Análisis

Los pasos necesarios para llevar a cabo un análisis dependen del tipo de estudio. Un estudio se completa llevando a cabo los siguientes pasos:

1. Cree un estudio definiendo el tipo de estudio. 2. Defina propiedades de material. Este paso no es necesario si se han definido las propiedades de material en el

sistema CAD. 3. Especifique restricciones y cargas.4. Defina un contacto entre componentes y conjuntos de contactos. 5. Cree el mallado del modelo para dividirlo en muchas piezas pequeñas denominadas elementos6. Ver resultados.

NOTA: Se pueden definir las propiedades del material, las cargas y restricciones, y crear la malla en cualquier orden. Sin embargo, deberá definir todos los datos necesarios antes de ejecutar el estudio.


MaterialesAntes de ejecutar un estudio, se deben definir todas las propiedades de material requeridas por el tipo de análisis relacionado y el modelo de material especificado. Un modelo de material describe el comportamiento del material y determina las propiedades de material requeridas. Los modelos de material puede ser isotrópicos y ortotrópicos lineales También hay otros modelos de material disponibles para estudios de tensión no lineales.

En el cuadro de diálogo Material, se resaltan las propiedades para indicar las que son obligatorias y las que son opcionales. Una descripción roja indica que la propiedad es obligatoria. Una descripción azul indica una propiedad opcional. Para los ensamblajes sólidos, cada componente puede tener un material diferente. Para los modelos de vaciado, cada vaciado puede tener un material y un espesor diferentes. Para los modelos de vaciado, el material de la pieza se usa para todos los vaciados. Para los modelos de viga, cada viga puede tener un material diferente.

Existen tres maneras de definir las propiedades de material: Utilizar materiales asignados a piezas en el sistema CAD. Seleccionar un material de una de las bibliotecas de materiales predeterminados o de una biblioteca de materiales definidos por el usuario. Especificar los valores de las propiedades necesarias de forma manual.


Sujeciones y Cargas

Las sujeciones y las cargas definen el entorno del modelo. Cada condición de restricción o de carga está representada por un icono en el gestor de Simulación.

Las cargas y las sujeciones son completamente asociativas y se ajustan automáticamente a los cambios en la geometría. La función de arrastrar y colocar del gestor de Simulación permite copiar estudios, carpetas y elementos.

Conectores

Un conector simula el comportamiento de un mecanismo sin la necesidad de crear una geometría detallada. El software permite definir conectores rígidos, de muelle, espiga, perno, soporte elástico, articulación, soldadura por puntos y conectores de apoyo.


Mallado

Malla sólida Todos los modelos de sólidos se mallan con elementos sólidos (tetraédricos).

Malla de vaciado Las geometrías de la superficie y las planchas metálicas con espesor uniforme se mallan con elementos de vaciado triangulares. Las chapas metálicas definidas en un estudio de caída se mallan con elementos sólidos.

Malla de viga Los miembros estructurales y las soldaduras se mallan con elementos en viga. Puede tratar una extrusión (mallas con elementos sólidos de forma predeterminada) como una viga haciendo clic con el botón derecho en el icono del sólido y seleccionando Tratar como viga.

Malla mixta Cuando hay varias geometrías en el mismo modelo, se genera una malla mixta.

El programa asigna automáticamente el tipo de malla apropiado a los sólidos basándose en sus operaciones de

geometría.


Ejecutar el Estudio

Para ejecutar un estudio, haga clic con el botón derecho del ratón en

el gestor de Simulación y seleccione Ejecutar, o bien haga clic en

Ejecutar en la barra de herramientas de Simulación.


Resultados

Tras ejecutar el análisis, el software genera

trazados de resultados predeterminados

personalizables. Puede ver un trazado haciendo

doble clic en su icono en el gestor de Simulación.


Análisis Estático Lineal

Suposición estática

Puede utilizar el análisis estático para calcular la respuesta estructural de los sólidos que giran a velocidades constantes o se trasladan con aceleraciones constantes, ya que las cargas generadas no cambian con el tiempo. •Utilice estudios dinámicos lineales o no lineales para calcular la respuesta estructural provocada por cargas dinámicas. Las cargas dinámicas incluyen cargas oscilatorias, impactos, colisiones y cargas aleatorias.

Suposición de linealidad

La relación entre cargas y respuestas inducidas es lineal. Por ejemplo, si duplica las cargas, la respuesta del modelo (desplazamientos, deformaciones unitarias y tensiones) también se duplica. Puede realizar la suposición de linealidad si: •Todos los materiales del modelo cumplen con la Ley de Hooke, esto es, la tensión es directamente proporcional a la deformación unitaria. •Los desplazamientos inducidos son lo suficientemente pequeños como para ignorar el cambio en la rigidez causado por la carga. Las condiciones de contorno no varían durante la aplicación de las cargas. Las cargas deben ser constantes en cuanto a magnitud, dirección y distribución. No deben cambiar mientras se deforma el modelo.

Cuando se aplican cargas a un sólido, el sólido se deforma y el efecto de las cargas se transmite a través del sólido. Las cargas externas inducen fuerzas internas y reacciones para renderizar el sólido a un estado de equilibrio.


1. Análisis estático (de tensión) de una pieza

El soporte de fijación, hecho de acero aleado, está fijo en los dos taladros y cargado con una presión de 1000 psi,

como se muestra.

En esta lección, aprenderá a:

Asignación de material a la pieza que crea un estudio de análisis estático

Aplicar una restricción fija y una carga de presión

Establecer opciones de mallado y generar la malla de la pieza

Ejecutar el estudio

Ver resultados básicos del análisis estático

Evaluar la seguridad del diseño

Generar un informe del estudio



Abrir la pieza y asignar material



Crear un estudio de análisis estático



Aplicar restricciones

fijas



Aplicar Presión



Establecer opciones de

mallado.

Generar la malla de la

pieza y ejecutar el

análisis.



Ver información de malla.

Ver tensiones (equivalentes) de von Mises.



Ver el desplazamiento resultante.

Animar un trazado.



Ver deformaciones unitarias de elementos

equivalentes.



Evaluar la seguridad del diseño.



Trazar las regiones críticas de la pieza



Generar un informe del estudio


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