Manual de Prácticas en Working Model 3D

Laboratorio de Vibraciones Mecanicas
Manual de Prácticas en Working Model 3D
Este manual fue elaborado como apoyo para el curso de Vibraciones Mecánicas de
ITESM, Campus Monterrey para facilitar la visualización de sistemas mecánicos.
Antes de comenzar con las prácticas se describirán algunas de las principales
funciones en las barras del Working Model 3D:
Barra
Inicia un archivo nuevo
Abre un archivo existente
Graba el archivo actual
Remueve la parte o partes que se hayan seleccionado anteriormente
para posicionarlas en el lugar deseado
Copia la parte o partes seleccionadas
Inserta en pantalla lo que se haya copiado anteriormente. Este
comando solo funciona cuando se haya copiado o cortado algún
objeto antes.
Deshace la última acción que se haya efectuado. Para regresarse a
acciones anteriores basta con presionar varias veces el icono hasta
deshacer la operación deseada.
Vuelve a realizar alguna acción u operación deshecha con el “Undo”.
Barra
Permite localizar la geometría en cualquier parte de la pantalla
situando el mouse sobre lo que se desee mover y manteniendo
presionado el botón izquierdo.
Permite hacer un zoom dinámico manteniendo el botón derecho del
mouse presionado y moviendo hacia arriba o abajo el mismo
dependiendo de lo que se desee, ya sea alejar o acercar la imagen.
Permite rotar alrededor de la geometría, la forma en que funciona es
la misma manera en que opera el zoom dinámico.
Permite hacer un acercamiento en una región de la pantalla.
Realiza un autoscale para tener visualizado en pantalla el modelo
completo.
Realiza o elimina el sombreado en todo el modelo.
Activa o desactiva una pequeña perspectiva que se tiene en la
geometría.
Working Model
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Barra
Selecciona alguna parte y objeto del modelo.
Selecciona y mueve alguna parte u objeto del modelo en un plano
paralelo al grid que tengamos en pantalla.
Este icono es muy similar al anterior, la diferencia es que el
movimiento se limita al plano perpendicular al grid que tengamos.
Este icono rota el objeto o parte seleccionada alrededor del centro de
masa del mismo.
Selecciona y modifica la geometría de algún objeto, la forma en que
funciona es seleccionando el icono y posteriormente dar un click en
el objeto que se desee modificar, después aparecerán en la geometría
distintas esferas en dirección de los ejes principales del objeto, para
modificar la geometría basta estirar o empujar esas esferas con el
botón derecho presionado del mouse.
Sirve para crear, aplicar o activar una restricción o unión entre
objetos.
Sirve para desactivar, activar una restricción ya existente. Al
desactivar una restricción las partes que estaban unidas quedan
separadas totalmente.
Barra
Dibuja cajas o bloques, el tamaño y posición original puede ser
modificado posteriormente en las propiedades del objeto.
Dibuja y extruye polígonos, las propiedades pueden ser modificadas
al igual que el bloque.
Crea esferas, las propiedades se pueden modificar al igual que los
anteriores.
Crea cilindros, con propiedades modificables.
Este icono crea planos. Este icono es de gran utilidad ya que el WM
3D necesita un plano como referencia para cada restricción que
queramos aplicar, más adelante le será más claro a que nos referimos
con estos planos
Sirve para aplicar fuerzas en los objetos creados, la magnitud y
sentido se especifican en sus propiedades
Sirve para aplicar un par y al igual que la fuerza en sus propiedades
se especifica su eje de aplicación y su magnitud.
Working Model
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Una vez que se ha descrito en forma general las barras de operación del Working
Model 3D con cada uno de sus iconos podemos comenzar a realizar las modelos de los
problemas.
Problema 1 Sistema masa-resorte-amortiguador
Para comenzar elaboraremos un sencillos modelo que consistirá de un bloque con una masa
m y un resorte-amortiguador.
Paso1. Crear la base del resorte, en este caso la masa y la geometría no tienen importancia
ya que estará fijo deteniendo el resorte y el bloque.
Algo que nos puede ayudar a tener una idea del tamaño de las geometrias que estamos
creando es utilizando el grid, este podemos hacer que aparezca presionando grid y
posteriormente show grid.
Algo que nos puede ayudar a tener
una idea del tamaño de las
geometrías que estamos creando es
utilizando el grid, este podemos
hacer que aparezca en la grid y
posteriormente show grid,el tamaño
de cada cuadro del grid es de 0.04
m.
Una vez que tenemos el grid
dibujaremos un bloque delgado.
Working Model
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Como se había mencionado
anteriormente la geometría, es
decir, el tamaño no importan, pero
la posición si importa. Esta puede
modificarse en la ventana de
propiedades
que
aparece
presionando 2 veces el objeto, para
que quede fijo el bloque tenemos
que activar el Anchored que está en
la parte inferior de la ventana. El
nombre del objeto se puede asignar
en la pestaña Appearance.
Posteriormente creamos el bloque,
el tamaño y la posición no importan
ya
que
posteriormente
se
modificarán.
Le asignamos el nombre de
bloque, posicionamos el bloque
en el origen (0,0,0) y le
asignamos un valor de 1 kg de
masa al bloque.
Working Model
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Una vez que tengamos los
bloques en el lugar indicado,
tenemos que generar dos planos
en
cada
bloque
para
posteriormente unirlos con el
resorte. Para generar los planos es
necesario oprimir el icono para
generar los planos y manteniendo
presionada la tecla “Ctrl” dar un
click en el objeto. Esto se tiene
que repetir cada que se quiera
tener un plano que esté referido a
algún objeto.
Posteriormente le asignamos un
nombre a cada plano y el la pestaña
nombrada “Pos” le asignamos
valores de ceros en todas las
casillas. Esta pestaña indica la
posición del plano con respecto al
objeto que está creado, la pestaña
"World Pos” indica la posición
respecto al sistema coordenado
global del problema.
Para crear el resorte seleccionamos
cualquiera de los dos bloques y
presionamos el icono para aplicar
restricciones. Posteriormente tenemos que seleccionar los planos
referidos a cada uno de los objetos
y seleccionar la opción de un
resorte/amortiguador lineal.
Working Model
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En las propiedades del resorte
podemos asignarle la longitud
original del resorte para indicar que
está comprimido o estirado. También
se puede simular un resorte y/o
amortiguador no lineal e indicar sus
valores de sus respectivas constantes.
Aquí también podemos definir si
únicamente tendremos un resorte, un
amortiguador o una combinación de
ambos.
Este es el modelo final es el
mostrado en la figura.
Para ver su
comportamiento
podemos
correr
el
modelo
presionando el icono verde de “Run”
que se encuentra en la parte inferior
de la pantalla.
Podemos generar una gráfica que nos
muestre la posición del bloque
seleccionándolo y posteriormente en
Measure seleccionar Position.
Por último nuevamente corremos el
modelo.
Working Model
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Podemos ver en la gráfica su
Problema 2 Sistema de dos grados de libertad comportamiento y observar la
variación
de suel comportamiento
Este es un problema muy interesante ya que podemos
observar
comportamiento en
caso
de
que
se
desee
en los modos vibratorios que tiene el sistema a partir de los resultados modificar
obtenidos los
parámetros en el sistema.
analíticamente.
Este problema consiste en un sistema de tres resortes idénticos y de dos masas iguales. A
continuación se muestra el sistema final que obtendremos.
Como primer paso tenemos que crear los
Una vez
que tengamos las masas en el
2 bloques.
lugar Podemos
que queremos
y sola
con masa
su masa
crear una
y asignarle
asignada
que creary 4 planos,
2
sus tenemos
propiedades
posteriormente
en el centro
de
las
masas
y
2
planos
para
duplicarla con un Copy y un Paste.
que sirvan
Una de
deparedes.
las masas será colocada en el
origen (0, 0, 0) y la otra en (0.2, 0, 0). Se
le asignará a cada una de las masas un
valor de 0.125 kg.
Esta ventana corresponde a los
planos que están en el centro de las
masas, están en (0, 0, 0) pero con un
giro de 90 grados respecto al eje “y”.
Los otros dos planos tendrán el
mismo giro pero uno de ellos estará
en (-0.2, 0, 0) y el otro en (.4, 0, 0).
Working Model
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Una vez que tenemos los planos
podemos crear los tres resortes,
seleccionando una masa para crear
cada resorte.
Cada resorte deberá tener 0.2 de
longitud original, si alguno de
ellos no tiene este valor indica
que alguno de los planos está mal
colocado.
A cada resorte se le asignará un
valor en la constante k un valor de
50 N/m, y un valor de 0 en la
constante de amortiguamiento
para tener únicamente resortes en
la simulación.
Ahora tenemos que restringirle el
movimiento en el eje “x” a los dos
bloques, para esto pondremos un eje
rígido en cada masa. Para crearlo se hace
de la misma manera que se crean los
resortes pero escogemos el centro de cada
masa y seleccionamos la opción Rigid
Joint on Slot.
Working Model
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En las restricciones tenemos que
verificar que el eje que tiene
permitido movimiento sea el que
nosotros queremos. Tal vez el eje
que
nosotros
queremos
no
corresponda con el de la restricción,
esto se debe a que giramos 90 grados
cada uno de los planos.
Para poder ver en que eje tiene
permitido el movimiento podemos
hacer translúcidos los bloques en las
propiedades
en
la
pestaña
Appearance.
Para poder apreciar mejor la
simulación nos conviene quitar de
la pantalla todos los planos y
restricciones, para esto en las
propiedades de cada uno de los
objetos en Appearance apagamos la
opción Shown.
De la solución analítica sabemos que
el primer modo vibratorio de este
sistema ocurre cuando las dos masas
están en movimiento sincronizado.
Entonces como primer condición de
movimiento le asignaremos a los dos
bloques una velocidad de 1 m/s en
dirección del eje “x”. El otro modo
que ocurre cuando los movimientos
son completamente opuestos lo
podemos simular cambiando el signo
a una velocidad de cualquiera de los
bloques.
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Las dos simulaciones de los modos vibratorios se muestran a continuación
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