uso del software de diseño y simulación a la obtención de

USO DEL SOFTWARE DE DISEÑO Y
SIMULACIÓN A LA OBTENCIÓN DE
COMPONENTES MECÁNICOS EN
LA INDUSTRIA MILITAR
San Miguel de Allende, Gto. 14 MAYO 2014
San Miguel de Allende, Gto. 14 MAYO 2014
Análisis por Simulación Matemática “ANSYS”
del Sistema Bípode:
1000 N
CASO 1 :
¿EL SISTEMA DE APOYO PROPUESTO ES
RESISTENTE A CARGAS MENORES A 100 KGS.?
Datos:
•Carga estimada
1000 N
•Sistema para simplificar
10 Piezas
Piezas :
•Poliamida
4
•Aluminio
1
•Acero AISI 1070
2
•Acero AISI 1018
2
•Acero ASTM - A228
1
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Análisis por Simulación Matemática “ANSYS”
I. Cargar la geometría de
estudio en ANSYS.
La interfase de ANSYS, con el
software solid works se utiliza
para importar los modelos
realizados previamente.
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Análisis por Simulación Matemática “ANSYS”
II. Determinar el tipo de contacto
que existe entre las piezas,
respondiendo a las preguntas:
¿Están unidas (bonded)?.
¿Están en contacto pero no se
separan (no separation)?.
¿Se
considera
(frictionless)?
sin
¿Es un contacto con
(frictional contact)?
¿Será
definido
(rough) ?
como
fricción
fricción
rugoso
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Análisis por Simulación Matemática “ANSYS”
III. Establecer las restricciones
o condiciones de frontera
según los grados de libertad
de cada uno de los elementos,
es decir, se responde a las
preguntas:
¿Dónde se mueve?
Y
¿Dónde permanece fijo?
En este caso fueron aplicadas
force, frictionless support,
cylindrical support y
displacement.
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Análisis por Simulación Matemática “ANSYS”
IV. Es importante que al aplicar la
carga se indique la dirección en
que actúa (por componente o por
vector).
En el presente caso fue definida
una carga de compresión de -1000
N la cual es indicada en rojo,
sobre la pieza.
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Análisis por Simulación Matemática “ANSYS”
V. Generar el mallado del
modelo (mesh).
ANSYS dividió el modelo en
elementos
con
sus
respectivos
nodos para
analizar matemáticamente,
cada
uno
de
ellos,
MÉTODO
DE ELEMENTO
FINITO.
Elementos
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Análisis por Simulación Matemática “ANSYS”
VI.
Con
la
información
anteriormente
cargada,
se
solicitó al programa analizar
“deformación total, esfuerzo
equivalente
y
factor
de
seguridad”, obteniendo los
siguientes resultados:
Los elementos del sistema de
apoyo tuvieron una
deformación de:
Máximo 0.5790 mm.
Mínimo 0.2868 mm.
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Análisis por Simulación Matemática “ANSYS”
Las
tablas
de
propiedades
mecánicas indican que el límite
elástico del material utilizado es
de 195 MPa.
Dato
utilizado
en
la
interpretación
del
resultado
mostrado en la escala de colores.
Máximo 491.7 MPa
Mínimo 1.2398 e-6MPa
195 MPa
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Análisis por Simulación Matemática “ANSYS”
El factor de seguridad encontrado
fue siempre mayor que 1 dando con ello
confianza suficiente para que muestras
físicas en las mismas condiciones no
presenten falla.
A
B
C
D
E
A
B
min
min
min
min
min
C
1.04, max 15
1.04, max 15
1.04, max 15
2.37, max 15
1.57, max 15
D
E
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Análisis por Simulación Matemática “ANSYS”
del Sistema de Plegado
Caso 2 :
¿Qué le sucede a los elementos del
sistema de plegado cuando se aplica una
carga por el usuario?
Datos:
•Carga estimada
50 N
•Sistema simplificado
7 PIEZAS
piezas :
•Poliamida
3
•Aluminio
2
•Acero AISI 1070
2
50 N
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Análisis por Simulación Matemática “ANSYS”
I. Se carga la geometría de
estudio en ANSYS
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Análisis por Simulación Matemática “ANSYS”
II. Se determina el tipo de contacto que
existe entre las piezas , respondiendo
la pregunta :
¿Se deslizan entre ellas o están
fijas una con otra?.
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Análisis por Simulación Matemática “ANSYS”
III.
Se
establecen
las
restricciones o condiciones
de frontera de cada uno de
los elementos, es decir se
responde a la pregunta :
¿Dónde se mueve?
y
¿Dónde permanece fijo?
Fue
seleccionado
cylindrical
support
en
tornillos y fixed sopport en
la base para restringir todos
los grados de libertad.
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Análisis por Simulación Matemática “ANSYS”
IV. Se aplica la carga y la dirección en que
se desea que actúe.
Fue definida una carga de compresión
de 50 N indicada en rojo, sobre la
figura.
50N
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Análisis por Simulación Matemática “ANSYS”
V. Se genera el mallado del modelo.
ANSYS
divide
el
modelo
en
elementos con sus respectivos
nodos
para
analizar
matemáticamente, cada uno de ellos
por el método de elemento finito.
Elementos
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Análisis por Simulación Matemática “ANSYS”
VI.
Con
la
información
previamente
cargada,
fue
resuelto el caso solicitando
analizar “deformación total,
esfuerzo equivalente y factor
de seguridad”, obteniendo los
siguientes resultados.
Los elementos del sistema se
deforman o desplazan:
Máximo 0.418 mm.
Mínimo 0.000 mm.
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Análisis por Simulación Matemática “ANSYS”
Las
tablas
de
propiedades
mecánicas indican que el límite
elástico del material empleado es
de 195 MPa.
Los resultados del análisis son
menores al límite elástico y se
muestran en la escala de colores.
195 MPa
Máximo 243.92 MPa
Mínimo 2.0338 e-5 MPa
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Análisis por Simulación Matemática “ANSYS”
El factor de seguridad obtenido fue
siempre mayor que 1 dando con esto la
confianza para que muestras físicas en
las mismas condiciones, no presenten
falla.
A
B
C
D
min 3.01
min 3.01
min 1.50
min 1.25
max 15
max 15
max 15
max 15
D
A
B
C
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Resultado de Modelo Matemático y Simulación
La información obtenida es analizada y clasificada, ANSYS
proporciona la opción de impresión de un reporte el cual contiene
todos los datos de entrada durante la simulación así como sus
resultados, siendo este muy útil como hoja de cálculo.
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Conclusiones
I.
Cuando la información es suficiente y satisfactoria durante un
diseño,
se puede iniciar con las fases de desarrollo y
protección industrial.
II. ANSYS permite acercarse a un diseño y selección de materiales
óptimo, previo a la fabricación de prototipos, reduciendo tiempo
de experimentación y pruebas.
III. Cuando se cumplen los requisitos ante el Instituto Mexicano de
la Propiedad Industrial se puede obtener el título de registro
de diseño industrial.
San Miguel de Allende, Gto. 14 MAYO 2014
Por su Atención
Muchas Gracias
San Miguel de Allende Gto. 14 MAYO 2014