Análisis de ingeniería usando cosmos exposicon

Análisis de Ingeniería Análisis de Ingeniería

Luis Alberto Julca Verástegui

Ingeniero Mecánico Reg. CIP 62528

www.intelligyweb.com

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Fundamentos del Análisis Fundamentos del Análisis Fundamentos del Análisis Fundamentos del Análisis

Para el diseño de mecanismos, tradicionalmente tenemos que tomar en cuenta y revisarlos detenidamente como son los siguientes conceptos como:


22op

DD VA

FC

VD

Re2

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VP

3/15/4 PrRe453.0 xxNu dt

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En el diseño un intercambiador de calor, algunos de los conceptos que debemos revisar son los siguientes:

• Caídas de Presión• Temperaturas• Velocidad de Flujo Másico• Velocidades• Mezclas de Fluidos



En ciertas geometrías simples los cálculos manuales si los podemos

realizar fácilmente, como:

•Cilindros•Blocks •Vigas

Pero en ciertas geometrías se presentan dificultades para realizar los cálculos manuales como en la

siguiente geometría.



Suponiendo que necesitamos calcular el área de la siguiente figura:

FEA Analogía: Área FEA Analogía: Área FEA Analogía: Área FEA Analogía: Área


Pero necesitamos mejorar la exactitud del cálculo del área de la figura:

FEA Analogía: Área FEA Analogía: Área FEA Analogía: Área FEA Analogía: Área


Mallado FEAMallado FEAMallado FEAMallado FEAEn FEA es algo similar ya se crea un mallado que divide al componente en pequeñas partes

llamadas ELEMENTOS. Para el analisis se genera un sistema de ecuaciones para una estructura completa, para solucionar el sistema de ecuaciones se utiliza el algebra de

matrices.


Tipos de Elementos: 2DTipos de Elementos: 2DTipos de Elementos: 2DTipos de Elementos: 2DElementos Unidimensionales (1-D):

Se usan para mallar vigas, columnas, pórticos, barras, cables, torres de transmisión de energía, puentes, línea de tuberías, etc. Las estructuras pueden ser de dos o tres dimensiones:


Tipos de Elementos: 2DTipos de Elementos: 2DTipos de Elementos: 2DTipos de Elementos: 2D

Los elementos línea pueden ser lineales con dos nodos por elemento, cuadráticos (3 nodos) o cúbicos (4 nodos)


Elementos Bidimensionales (2-D): Se usan para mallar estructuras contínuas (tanto planas como curvadas) Los análisis con elementos área se utilizan ampliamente en la industria.

Tipos de Elementos: 2D Tipos de Elementos: 2D Tipos de Elementos: 2D Tipos de Elementos: 2D


Los tipos de elementos área más comunes son las láminas y cáscaras con geometría triangular de 3-6-10 nodos y cuadriláteros de 4-8-9 nodos, que además pueden ser lineales, cuadráticos y cúbicos



Se usan para mallar dominios contínuos. En la práctica muchas estructuras requieren el uso de elementos que consideren los efectos tridimensionales

Elementos Tridimensionales (3-D):



Los elementos sólidos 3-D están disponibles en una amplia variedad de formas, los más comunes son los siguientes:

Tetraedros, de 4-10 nodos y cuatro caras triangulares Pentaedros, de 6-nodos con dos caras triangulares y cuatro caras tipo

cuadrilátero Hexaedros, de 8-20 nodos y seis caras tipo cuadrilátero



Mallado FEA : ElementosMallado FEA : Elementos Mallado FEA : ElementosMallado FEA : Elementos

Cada elemento es un sólido simple.

Los elementos son conectados por nodos.


Mallado FEA : ElementosMallado FEA : ElementosMallado FEA : ElementosMallado FEA : Elementos

Brick element Tetrahedral (Tetra) element

Un elemento Brick (Ladrillo) por lo general debe ser creado manualmente.

Un elemento tetraédrico puede ser creado automáticamente


Modelos con elementos tipo Brick:• Usualmente tienen muy poco elementos (soluciones muy rápidas)• Se invierte tiempo para crear los elementos tipo brick• Es difícil la creación de elementos tipo brick para componentes

complejos

Modelos con elementos tipo tetraédricos:• Rápidamente se crean en el modelo( con el mallado automático)• Se puede obtener la misma precisión que en los tipo brick• Se pueden crear mallados para componentes complejos fácilmente• Por los general estos modelos tienen muchos elementos

Elementos Brick vs. Elementos Brick vs. Elementos Tetraédricos Elementos Tetraédricos Elementos Brick vs. Elementos Brick vs. Elementos Tetraédricos Elementos Tetraédricos


Brick Element Mesh(Manually Generated)

Simple Bracket

Tetra Element Mesh(Automatically Generated)

Elementos Brick vs. Elementos Elementos Brick vs. Elementos Tetraédricos Tetraédricos Elementos Brick vs. Elementos Elementos Brick vs. Elementos Tetraédricos Tetraédricos


Brick Mesh

1860 nodesMax Stress: 27.6 ksi

Tetra Mesh

7009 nodesMax Stress: 27.8 ksi

Elementos Brick vs. Elementos Elementos Brick vs. Elementos Tetraédricos Tetraédricos Elementos Brick vs. Elementos Elementos Brick vs. Elementos Tetraédricos Tetraédricos


• Pocos elementos la solución es mas rápida• Mas elementos se obtiene mas exactitud • En todo análisis se necesita encontrar un

balance entre el tamaño del modelo y el tiempo del análisis.

Análisis de Precisión Análisis de Precisión Análisis de Precisión Análisis de Precisión


Coarse Mesh:1773 nodes

Moderate Mesh:7009 nodes

Fine Mesh:16,107 nodes

Exactitud vs. Tamaño del Mallado Exactitud vs. Tamaño del Mallado Exactitud vs. Tamaño del Mallado Exactitud vs. Tamaño del Mallado


Mallado Burdo:1773 nodos

Sol. Time: 2 sec.

Max. Stress: 25.8 ksi

Mallado Moderado:7009 nodos

Sol. Time: 5 sec.


Mallado Fino:16,107 nodos

Sol. Time: 10 sec.


Exactitud vs. Tamaño del Mallado Exactitud vs. Tamaño del Mallado Exactitud vs. Tamaño del Mallado Exactitud vs. Tamaño del Mallado


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1. Aplicar materiales a 1. Aplicar materiales a

componentescomponentes

2. Aplicar cargas y establecer 2. Aplicar cargas y establecer

restricciones restricciones

3. Crear el Mallado3. Crear el Mallado

4. Ejecutar el Análisis del Diseño4. Ejecutar el Análisis del Diseño

5. Visualización de resultados5. Visualización de resultados

Procedimientos para el Procedimientos para el Análisis del diseño Análisis del diseño Procedimientos para el Procedimientos para el Análisis del diseño Análisis del diseño


Factor de Seguridad y Teorías de FallaFactor de Seguridad y Teorías de FallaFactor de Seguridad y Teorías de FallaFactor de Seguridad y Teorías de Falla


Teorías de FallaTeorías de FallaTeorías de FallaTeorías de Falla

• Respuesta lineal, esto es directamente proporcional a las cargas aplicadas– El Esfuerzo es en un rango lineal, es

directamente proporcional a la tensión.– El desplazamiento máximo calculado es

considerablemente menor que la dimensión característica del componente.

• Material Elástico – El componente regresa a su forma original si las

cargas son removidas (deformación no permanente).

• Cargas Estáticas– Las cargas son aplicadas lenta y gradualmente.

La aplicación rápida de cargas causa desplazamientos adicionales, tensiones, y esfuerzos.


LIN

EA

L

NO LINEAL

Esfuerzo y Deformación Esfuerzo y Deformación Esfuerzo y Deformación Esfuerzo y Deformación

FEsfuerzo

σ = F/A (normal)

σ = E.ε (Ley de Hooke)

ΔL

L

Deformación

ε = ΔL/L

A

TENSION

(ε)E

SF

UE

RZ

O

(σ)

E: Curva de la deformación del material

)(3][5.0 222222*)()()(* zxyzxyxzzyyxeq

ContactoContacto

Luis Alberto Julca Verástegui

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[email protected], [email protected]

Tel. (044) 9638738

mailto:lajuve1@hotmail

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