Practica de analisis de materiales.

Unidad:

IV

Unidad Temática:

Análisis de Falla

Práctica N°:

2

Nombre de la Práctica:

Análisis Estructural de una Viga de Acero Inoxidable

Alumno:

Luis Enrique Hernandez Cruz

César Augusto Garrido Méndez

Objetivo(s):

Determinar el desplazamiento y stress a una Estructura de viga de acero al estar sujeta en los dos punto con y la aplicación de una fuerza 50 N, en la parte central.

Marco Teórico:

ANSYS Multiphysics

El software de simulación de ANSYS  permite predecir con seguridad cómo sus productos se comportarán en el mundo real. Empresas líderes industriales utilizan ANSYS para crear prototipos virtuales completos de productos y sistemas complejos – compuestos de componentes estructurales, electrónicos y de software embedido – que incorporan todos los fenómenos físicos que existen en ambientes del mundo real.

Datos del problema a resolver

Análisis estructural de una viga de acero inoxidable.

E= 190 Gpa

Espesor = 10 mm

Rp= 0.305        50 N[pic 1]

                                                                                                                10 mm                   [pic 2][pic 3][pic 4][pic 5][pic 6][pic 7][pic 8][pic 9]

100[pic 10][pic 11]

Metodología / Procedimiento:

1. Tipo de análisis

Después de haber iniciado ANSYS definir cuál será el tipo de análisis a desarrollar. Para ello, seleccionar del menú principal Preferences..., con lo que aparecerá la ventana de la Figura 1. En esta ventana, seleccione la casilla Structural, para indicar al programa que el análisis es de tipo estructural. ANSYS mostrará en los menús apropiados (tipos de elementos, materiales) las opciones de trabajo para análisis estructural.

Fig. 1. Ventana del tipo de análisis

1. Crear Área

Seleccionar Preprocessor  y dar click en Modeling, luego Create y seleccionar Áreas; desplegara otros componentes la cual seleccionaremos Rectangle →By 2 Corners.  Nos aparecerá la siguiente ventana Fig.2.

Fig.2. Ventana para Crear Área.

1. Se inicia a llenar la ventana insertando datos de anchura y espesor. Datos proporcionados en el problema como se muestra en la Fig.3, Una vez rellenado se le da click Ok.

[pic 12]

Fig.3 Ventana de ingreso de Valores.

1. Propiedades del material.

Seleccionar Preprocessor  y dar click en Material Props, luego Material models. Aparecerá la siguiente ventana Fig.4, donde seleccionaremos Structural posteriormente Elastic y por ultimo Isotropic. Luego rellenar la siguiente ventana los cuales los datos plasmados serán tomados del problema a resolver al término darle OK.

[pic 13]

Fig.4. Ventana de Propiedades del Material obtenidos en el problema a resolver.

1. Definir tipo de Elemento

Seleccionar Preprocessor  y dar click en Element Type, luego Add/Edit/Delate. Aparecerá la siguiente ventana Fig.5, donde seleccionaremos Add posteriormente en la siguiente ventana que aparece seleccionar Solid y por ultimo 8 Nodos 183, darle OK.

Fig.5. Ventana de tipos de elementos a usar

1. En la Fig.5 una vez terminado de seleccionar Solid y por ultimo 8 Nodos 183, darle OK. En la ventana Element type no se cierra. Le damos click en la parte de abajo en options  y rellenamos la ventana que nos aparece en la Fig.6, darle Ok y Closed.

Fig.6. Ventana tipo de elemento

1. Selección de espesor

Seleccionar Preprocessor  y dar click en Real Constants, luego Add/Edit/Delate. Aparecerá la siguiente ventana Fig.7, donde seleccionaremos Add posteriormente en la siguiente ventana que aparece darle Ok 

Fig. 7. Ventana para selección de espesor.

1. Una vez cumplido el paso número 7. Nos aparecerá la siguiente ventana de la Fig. 8, donde cada dato se obtiene del problema. Se le puso 1 porque el problema no especifica cantidad y es espesor de 10 que no los da el problema, una vez rellenado darle Ok en una ventana nos aparecerá Set 1 damos Click en Closed.

 Fig. 8. Ventana Selección de espesor.

1. Realizar Enmallado

Seleccionar Preprocessor  y dar click en Meshing, luego size Cntrls. Aparecerá más elementos el cual seleccionara Manual Size y dar click en Global posteriormente Size. Rellenar los datos que pide en la Fig.9, en este caso se le puso uno porque el problema no especifica cantidad, darle OK.

Fig.9 Ventana para realizar Enmallado.

1. Visualizar Enmallado

Seleccionar Preprocessor  y dar click en Meshing → Mesh, luego Areas →Free. Aparecera una pequeña ventana como en al Fig. 10 y seleccionamos todo el cuadro o área de la figura y le damos Click en OK.

Fig. 10. Ventana de visualización de Enmallado.

1. Visualizar Enmallado por Nodos.

Ir a la barra superior y seleccionar Plot→Nodos. Como muestra la Fig. 11

Fig. 11. Ventana Enmallado por Nodos.

1. Una vez terminado el paso número 11.  Dar click derecho con el ratón sobre la figura para darle sun a las primeras columnas como muestra la Fig. 12.

Fig. 12 Ventana de sun a las primeras columnas.

1. Fijar extremo de la pieza.

Seleccionar Solution → Define loads → Apply → Structural → Displacement Y seleccionar ON Nodes. Aparecerá  una pequeña ventana y seleccionamos Box; dar click izquierdo del ratón y seleccionar la primera columna. Como muestra la fig. 13, Una vez seleccionada darle ok.

Fig.13. Ventana que muestra seleccionada la primera columna.

1. Al darle Ok al paso número 13. Aparecerá una ventana como la fig. 14, donde seleccionaremos UX, UY y darle Ok  al final.

Fig. 14. Ventana para selección de ejes de fuerzas pala la primera columna.

1. Repetir pasó 13. Pero ahora aplicándolo al otro extremo de la figura como se ve en la figura. 15.

Fig. 15 Selección de nodos para fijar al extremo de las piezas para aplicar fuerza.

1. Al darle Ok al paso número 15. Aparecerá una ventana como la fig. 16, donde seleccionaremos UX, UY y darle Ok  al final.

 [pic 14]

Fig. 16. Selección de nodos para fijar al extremo de las piezas para aplicar fuerza.

1. Aplicación de Fuerza 50 N

A) Seleccionar la parte media de la figura para darle sun, dando click derecho y desplazar hacia abajo. Como muestra la Fig.17a.

Fig. 17a.  Ampliación de la parte media de la figura.

B) Seleccionar Solution → Define loads → Apply → Structural → Force/Moment Y seleccionar ON Nodes. Aparecerá  una pequeña ventana y seleccionamos single; dar click izquierdo del ratón y seleccionar un  nodo la primera fila de de la parte media de columna de la figura donde se aplicara la fuerza. Como muestra la fig. 17b, Una vez seleccionada darle ok.

Fig. 17b. Selección de un  nodo  de la primera fila  en la parte media de la figura.

C) Una vez cumplido el paso número 17b,  darle OK, nos aparecerá una ventana donde especificaremos que sobre el eje  Y se aplicara la fuerza de 50 N. Estos datos son dados en el problema. Como muestra la Fig. 17c.

Fig. 17C. Ventana que muestra sobre que eje se aplicó la fuerza.

1. Soluciòn al problema.

Seleccionar Solution →Solve → Current LS → OK → Closed.  

Fig.18. Ventana de Solución del problema.

1. Visualización de resultado del desplazamiento al pandeo de la columna de una viga.

Seleccionar General Postproc →Plot Result → Contour Plot → Nodal Solution.  Aparecerá una ventana la cual seleccionaremos Nodal Solution → DOF Solution y por ultimo Y y le daremos OK.  

[pic 15] [pic 16]

Fig 19. Visualizacion de resultado del dezplazamiento del pandeo de la columna.

1. Visualización de resultado del stress

Seleccionar General Postproc →Plot Result → Contour Plot → Nodal Solution. Aparecerá una ventana la cual seleccionaremos Nodal Solution → Stress y por ultimo Y y le daremos OK.  

 [pic 17]

Materiales, Equipos, Manuales y Fichas Técnicas de Equipos:

Cantidad

Descripción

Especificaciones Técnicas

1

Software de simulación ANSYS

ANSYS 14-s

1

Laptop

Análisis de Resultados:

En la imagen 1. Se muestra en escala de colores en que el color Azul indica los valores menores y el rojo indica los valores mayores, en este caso el desplazamiento total. El dibujo indica los puntos en donde se presentó el mayor y en menor desplazamiento (señalados con MX y MN respectivamente).

En la parte superior izquierda se presenta la información relevante, allí se encuentra el valor del máximo desplazamiento, que en este caso es de 0.00184 y el mínimo -0.00184.

Imagen 1. Desplazamiento

En la imagen 2. Se muestra en escala de colores en que el color Azul indica los valores menores y el rojo indica los valores mayores, en este caso el esfuerzo o stress total. El dibujo indica los puntos en donde se presentó el mayor y en menor esfuerzo o stress (señalados con SMX y SMN respectivamente).

En la parte superior izquierda se presenta la información relevante, allí se encuentra el valor del máximo de esfuerzo o stress, que en este caso es de 1.33006 y el mínimo -2.87363.

Imagen 2. Esfuerzo o Stressq

Conclusión:

Se determinó mediante la simulación  el desplazamiento y stress de Estructura de una viga de acero al estar sujeta en los dos puntos con la aplicación de una fuerza 50 N, en la parte central.

Quedando de la siguiente manera: valor del máximo desplazamiento, que en este caso es de 0.00184 y el mínimo -0.00184. y esfuerzo o stress es: valor del máximo de esfuerzo o stress, que en este caso es de 1.33006 y el mínimo -2.87363.

Aplicación en la Industria:

Empresas líderes industriales utilizan ANSYS para crear prototipos virtuales completos de productos y sistemas complejos – compuestos de componentes estructurales, electrónicos y de software embedido – que incorporan todos los fenómenos físicos que existen en ambientes del mundo real.

Bibliografía:

 Practica realizada en el Aula de Clase