UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA

“SIMULACIÓN DINÁMICA Y ANÁLISIS DE TENSIÓN “

TRABAJO PRÁCTICO TÉCNICO

Que para obtener el título de: INGENIERO MECÁNICO ELÉCTRICISTA

PRESENTA: CESAR IVAN ANDRADE VILLA

DIRECTOR: ING. JOSE ALBERTO VELAZQUEZ PEREZ

XALAPA, VER. AGOSTO 2011

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CONTENIDO INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………………………………………………………………………………..5

ANÁLISIS DE TENSIÓN

CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN AL ANÁLISIS DE TENSIÓN EN AUTODESK INVENTOR

1.1 INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………………………………………………………………………….9 1.2 ANÁLISIS POR ELEMENTOS FINITOS………………………………………………………………………………………………….……10 1.3 DESCRIPCIÓN……… DE LOS COMANDOS DE ANÁLISIS DE TENSIÓN……………………………..………….....…..……13 1.4 FLUJO DE TR…….ABAJO PARA CREAR UN ANÁLISIS DE TENSIÓN……………………………………….…………..…..…14

1.4.1 Pre-proceso………………………………………………………………………………………………………………….….……14 1.4.2 Solución……………………………………………………………………………………………………………………...………..15 1.4.3 Post-proceso………………………………………………………………………………………………………………..….……15

1.5 INTERFAZ DE USUARIO……………………………………………………………………………………………………….…….………..…16 1.6 ACCESO AL ENTORNO Y CREACIÓN DE UNA SIMULACIÓN……………………………………………….….………….……18

1.6.1 Ejecución de un análisis de tensión estático……………………………………………..…………………….…..20 1.6.2 Ejecución del análisis modal………………………………………………………………………………………………...21

CAPITULO II RESTRICCIONES DE ENTORNO

2.1 TABLA DE PARÁMETROS……………………………………………………….………………………………………….…………………..23 2.2 ASIGNACIÓN DEL MATERIAL………………………………………….………………………………………………….....……………..26 2.3 RESTRICCIONES…………………………………………………………………………………………………………….………………..……..28

2.3.1 adición de una restricción…………………………………………………………………………….………………………29

2.4 CARGAS………………………………………………….……………………………………………………………………….……………….……30 2.5 CONTACTOS……………………………………………………………………………………………………………….…………………………34

2.6.1 contactos automáticos………………………………………………………………………………..….……………..……35 2.6.2 contactos manuales……………………………………………………………………………….….….…………………….36

CAPITULO III CREACIÓN DE LA MALLA

3.1 CREACIÓN DE LA MALLA……………………………………………………………………………………………….………….…………..37

3.1.1 configuración de malla……………………………………….……………………………………….……...........………37 3.1.2 factor de modificación……………………………………………………………………………….……….……………….38 3.1.3 Angulo máximo de giro……………………………………………………………………………………..………………..39 3.1.4 Elementos de malla curva……………………………………………………………………………..……………..…….40 3.1.5 Ignorar pequeñas geometrías………………………………………………………………………..………..…………40 3.1.6 Control de malla local…………………………………………………………………………………….………..……..….41 3.1.7 Configuración de convergencia……………………………………………………………………………..…….……..41

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CAPITULO IV VISUALIZACIÓN DE RESULTADOS

4.1 EJECUTAR SIMULACIÓN………………………………………………………………………………………………..................…….43 4.2 VISUALIZACIÓN DE RESULTADOS…………………………………………………………………………………………………………..43

4.2.1 Tensión equivalente o de Von Mises…………………………………………………………….….……………….…43 4.2.2 Tensiones principales máximas y mínimas……………………………………………….………………….……....43 4.2.3 Deformación……………………………………………………………………………………………….…………….....………44 4.2.4 Desplazamiento…………………………………………………………………………………………….….……………..…..44 4.2.5 Coeficiente de seguridad……………………………………………………………………..……….……………..………44 4.2.6 Animar resultados……………………………………………………………………………………………………….…..……45

4.3 COMANDOS PARA LA VISUALIZACIÓN DE RESULTADOS…………………………………………….…………...…...……..45 4.4 REVISIÓN DE MODELOS Y ANÁLISIS DE TENSIÓN……………………………………………………………………….…….…….47

4.4.1 Cambio de la geometría del modelo…………………………………………………………….………….…….……..47 4.4.2 Cambio de las condiciones de la solución……………………………………………………..…….…………….….48 4.4.3 Actualización de los resultados del análisis de tensión………………………………….……………….…….49

4.5 GENERACIÓN DE INFORMES……………………………………………………………………………………….…………………..…….50 4.6 ADMINISTRACIÓN DE LOS ARCHIVOS DE ANÁLISIS DE TENSIÓN…………………………………..…………….……..…53 EJEMPLO 1…………………………………………………………………………………………………………………………………….…………….54 EJEMPLO 2……………………………………………………………………………………………………………………………………….………….63

SIMULACIÓN DINÁMICA

CAPÍTULO V INTRODUCCIÓN A LA SIMULACIÓN DINÁMICA EN AUTODESK INVENTOR

5.1 INTRODUCCIÓN………………………………………………………………………………………………………………………....…...……84 5.2 OPERACIONES EN UNA SIMULACIÓN DINÁMICA…………………………………………………………………....…..……..85 5.3 COMANDOS DE SIMULACIÓN………………………………………………………………………………………………….…….……..86 5.4 SUPUESTOS DE LA SIMULACIÓN………………………………………………………………………………………..…….…………..86

5.4.1 Interpretación de los resultados de la simulación……………………………………………………………….86 5.4.2 Parámetros relativos……………………………………………………………………………………….….…………….…86 5.4.3 Masa e inercia coherentes……………………………………………………………………………………….……..….86 5.4.4 Continuidad de las leyes………………………………………………………………………………………………..…….87

5.5 TEORÍA BÁSICA DE LA SIMULACIÓN……………………………………………………………………………………..….………….87

5.5.1 Flujo de trabajo de la simulación……………………………………………………………………………..….………87

5.6 INTERFAZ DE USUARIO………………………………………………………………………………………………..………………..…….92

5.6.1 Reproductor de la simulación…………………………………………………………………………………….………95 5.6.2 Configuración de la simulación…………………………………………………………………………………….…….96

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CAPITULO VI UNIONES

6.1 UNIONES…………………………………………………………………………………………………………………….…………..………..100

6.2 TIPOS DE UNIONES………………………………………………………………………………………………………………..………….101

6.2.1 Uniones estándar…………………………………………………………………………………………………………….101 6.2.2 Uniones giratorias………………………………………………………………………………………………….………..103 6.2.3 Uniones deslizantes…………………………………………………………………………………………………………104 6.2.4 Uniones de contacto 2D………………………………………………………………………………………….……….105 6.2.5 Uniones de fuerza………………………………………………………………………………………………….…………105 6.2.6 Flujo de trabajo optimizado para la creación de uniones……………….…………………….…….…..106 6.2.7 Proceso para la creación de uniones……………………………………………………………………….……….107

6.3 CONVERTIR AUTOMÁTICAMENTE RESTRICCIONES EN UNIONES ESTÁNDAR……………………….…….…...109 6.4 REESTRUCTURAR PARTES EN SUB ENSAMBLES……………………………………………………………….…………..…..111 6.5 SOLDAR PARTES……………………………………………………………………………………………………..………………………..112 6.6 BLOQUEAR GRADOS DE LIBERTAD…………………………………………………………………………………….……………..115 6.7 CONVERTIR AUTOMÁTICAMENTE UNIONES ESTÁNDAR EN UNIONES GIRATORIAS……….………..……..119 6.8 CREAR UNIONES NO ESTÁNDAR………………………………………………………………………………………..………….….124 6.9 CONVERTIR MANUALMENTE UNIONES ESTÁNDAR A PARTIR DE LAS RESTRICCIONES DE

ENSAMBLE………………………………………………………………………………………………………………….……….…………127 6.10 CREAR UNIONES MANUALMENTE…………………………………………………………………………………...….…………138 6.11 UNIONES REDUNDANTES………………………………………………………………………………………………….…….………154

6.11.1 Flujo de trabajo sugerido para evitar las uniones redundantes…………………………..…………171

CAPITULO VII RESTRICCIONES DE ENTORNO

7.1 RESTRICCIONES DE ENTORNO………………………………………………………………………………….….………………..….172

7.1.1 Grafica de entrada…………………………………………………………………………………………………..………..172 7.1.2 Fuerzas externas (Establecer la fuerza de gravedad)…………………………………….………………...178 7.1.3 Definir un movimiento impuesto a partir de un gráfico de entrada……………………….….…..…187 7.1.4 Definir un movimiento impuesto aplicando una velocidad constante…………………….…….….198 7.1.5 Definir fricción en las uniones………………………………………………………………………………...……….201

CAPITULO VIII ANÁLISIS DE RESULTADOS

8.1 RESULTADOS…………………………………………………………………………………………………..……………………….………..203 8.1.1 Gráfico de salida………………………………………………………………………………………………………..……..203 8.1.2 Crear trazo………………………………………………………………………………………………….…………….………207 8.1.3 Exportar trazo…………………………..……………………………………………………………………………….……..210

8.2 PUBLICAR PELÍCULA………………………………………………………………………………………………………………….……….221 8.3 PUBLICAR EN STUDIO…………………………………………………………………………………….…….……………………….…..222 PROBLEMA DE DISEÑO (EXPORTAR A ANALISIS DE TENSION)……………….…………………..……………….....…….225 CONCLUSIÓN……………………………………………….………………………………………………………………………………….……..253 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS……………………………………………………………………………………………………….……..254

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INTRODUCCIÓN

Autodesk® Inventor® constituye una gama completa y flexible de software para el diseño mecánico 3D, simulación de productos, mecanizado y comunicación de diseños. Con Inventor puede producir un modelo 3D preciso que le ayude a diseñar, visualizar, y simular sus productos antes de construirlos. Los Prototipos Digitales con Inventor contribuyen para que las compañías puedan diseñar mejores productos, reducir los costos de desarrollo, y llegar al mercado más rápido.

Autodesk Inventor es el programa principal para el manejo y diseño de componentes de máquinas, equipos y sus ensambles, teniendo la característica de poder dibujar perfectamente acotados y representado los mismos. Se define como un modelador tridimensional paramétrico en el que se pueden variar dimensiones sin tener que elaborar totalmente las piezas nuevamente.

Adicionalmente, está en capacidad de simular mecanismos, realizar armado y desarmado de conjuntos permitiendo la grabación en archivos de video. El programa es capaz de manejar grandes proyectos de ensamble, permitiendo elaborar desde una pieza hasta miles de ellas, a través de un equipo multidisciplinario que las puede gestionar mediante el uso coordinado de las herramientas del mismo.

El objetivo principal de este trabajo es Desarrollar habilidades en el manejo de las nuevas herramientas de simulación en Autodesk Inventor tales como la simulación dinámica y análisis de tensión que son los dos temas principales que contiene este trabajo.

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¿QUÉ ES LA SIMULACIÓN?

Simular, es reproducir artificialmente un fenómeno o las relaciones entrada-salida de un sistema. Esto ocurre siempre cuando la operación de un sistema o la experimentación en él son imposibles, costosas, peligrosas o poco prácticas, como en el entrenamiento de personal de operación, pilotos de aviones, etc.

La simulación se utiliza en la etapa de diseño para auxiliar en el logro o mejoramiento de un proceso o diseño o bien a un sistema ya existente para explorar algunas modificaciones.

Se recomienda la aplicación de la simulación a sistemas ya existentes cuando existe algún problema de operación o bien cuando se requiere llevar a cabo una mejora en el comportamiento. El efecto que sobre el sistema ocurre cuando se cambia alguno de sus componentes se puede examinar antes de que ocurra el cambio físico en la planta para asegurar que el problema de operación se soluciona o bien para determinar el medio más económico para lograr la mejora deseada. Todos los modelos de simulación se llaman modelos de entrada-salida. Es decir, producen la salida del sistema si se les da la entrada a sus subsistemas interactuantes

El software Autodesk Inventor brinda una combinación de comandos propios para la Simulación, lo que amplía la capacidad para finalizar diseños de maquinaria compleja y otros productos.

SOLUCIÓN ANALÍTICA CONTRA SIMULACIÓN

Una vez que se ha construido un modelo matemático, este debe ser analizado para saber la manera como debe ser utilizado para que dé respuesta a las preguntas de interés, acerca del sistema que supuestamente representa.

Si el modelo es lo suficientemente sencillo, es posible trabajar con cantidades y relaciones que tiendan a la exactitud, obteniéndose entonces una solución exacta. Sin embargo, aún las soluciones analíticas pueden ser extraordinariamente complejas, requiriéndose de un considerable tiempo de cómputo.

Pero cuando el modelo es demasiado complejo, el modelo matemático asociado es de las mismas características, por lo tanto la opción de utilizar una solución analítica se desvanece, dando paso al estudio del sistema mediante simulación.

MODELOS DE SIMULACIÓN ESTÁTICA VS. DINÁMICA

Un modelo de simulación estática, se entiende como la representación de un sistema para un instante (en el tiempo) en particular o bien para representar un sistema en el que el tiempo no es importante, como es el caso del análisis de tensión en autodesk inventor; en cambio un modelo

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de simulación dinámica representa a un sistema en el que el tiempo es una variable de interés, por lo tanto:

El Análisis de tensión de Autodesk Inventor es un complemento para los entornos de ensamblaje, pieza y chapa de Autodesk Inventor.

El análisis estático proporciona los medios para simular la tensión, el esfuerzo y la deformación.

El análisis modal proporciona los medios para encontrar las frecuencias naturales de vibración y las formas de modo de los diseños mecánicos.

Puede visualizar los efectos en trazados de volumen 3D, crear informes para cualquier resultado y llevar a cabo estudios paramétricos para perfeccionar el diseño.

La simulación dinámica por otra parte, es un complemento solo para el entorno de ensamblaje y con el podemos:

Predecir el rendimiento dinámico de un ensamble en movimiento con distintas condiciones de entorno.

Calcular las tensiones máximas en prototipos antes de construirlos.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL USO DE LA SIMULACIÓN

Aunque la técnica de simulación generalmente se ve como un método de último recurso, recientes avances en la metodología de simulación y la gran disponibilidad de software que actualmente existe en el mercado, han hecho que la técnica de simulación sea una de las herramientas más ampliamente usadas en el análisis de sistemas. Además de las razones antes mencionadas, Thomas H. Naylor ha sugerido que un estudio de simulación es muy recomendable porque presenta las siguientes ventajas:

• A través de un estudio de simulación, se puede estudiar el efecto de cambios internos y externos del sistema, al hacer alteraciones en el modelo del sistema y observando los efectos de esas alteraciones en el comportamiento del sistema.

• Una observación detallada del sistema que se está simulando puede conducir a un mejor entendimiento del sistema y por consiguiente a sugerir estrategias que mejoren la operación y eficiencia del sistema.

• La técnica de simulación puede ser utilizada como un instrumento pedagógico para enseñar a estudiantes habilidades básicas en análisis estadísticos, análisis teórico, etc.

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• La simulación de sistemas complejos puede ayudar a entender mejor la operación del sistema, a detectar las variables más importantes que interactúan en el sistema y a entender mejor las interrelaciones entre estas variables.

• La técnica de simulación puede ser utilizada para experimentar con nuevas situaciones, sobre las cuales tiene poca o ninguna información. A través de esta experimentación se puede anticipar mejor a posibles resultados no previstos.

• Los sistemas los cuales son sujetos de investigación de su comportamiento no necesitan existir actualmente para ser sujetos de experimentación basados en la simulación. Solo necesitan existir en la mente del diseñador.

• El tiempo puede ser comprimido en los modelos de simulación. El equivalente de días, semanas y meses de un sistema real en operación frecuente pueden ser simulados en solo segundos, minutos u horas en una computadora. Esto significa que un largo número de alternativas de solución pueden ser simuladas y los resultados pueden estar disponibles de forma breve y pueden ser suficientes para influir en la elección de un diseño para un sistema.

A diferencia de las ventajas mencionadas, la técnica de simulación presenta importantes desventajas, éstas son:

• Falla al producir resultados exactos. Se supone que un sistema ésta compuesto de uno o más elementos que están sujetos a un comportamiento al azar. Cuando una simulación es desarrollada con un modelo del sistema, los valores de cada variable son registrados y los promedios de estos valores son dados en una post-simulación. Pero el promedio en una muestra de observación solo a veces provee un estimado de lo esperado, es decir, una simulación solo provee estimados, no resultados exactos.

• La simulación no generará soluciones, solo evalúa esas que han sido propuestas. • Largo tiempo de conducción. Un estudio de simulación no puede ser conducido o llevado a

cabo en solo un fin de semana. Meses de esfuerzo pueden ser requeridos para reunir información, construir, verificar y validar modelos, diseñar experimentos y evaluar e interpretar los resultados.

• Abuso de simulación. Hay muchas facetas para un balanceo y comprensivo estudio de la simulación. Ya que una persona debe tener conocimiento de una gran variedad de áreas antes de llegar a ser un practicante de la simulación. Este hecho es algunas veces ignorado, sin embargo como resultado, cada estudio puede incorrectamente ser desarrollado, o podría estar incompleto, o podría caer en otro tipo de caminos, quizá resultado de una falla del esfuerzo de la simulación.

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ANÁLISIS DE TENSIÓN CAPÍTULO I

INTRODUCCIÓN AL ANÁLISIS DE TENSIÓN EN AUTODESK INVENTOR

1.1 INTRODUCCIÓN

La realización del análisis de una pieza o un ensamblaje mecánicos en la fase de diseño puede ayudarle a sacar al mercado un mejor producto en menos tiempo. Análisis de tensión de Autodesk Inventor le ayudará a lo siguiente:

• Determinar si la pieza o el ensamblaje es lo suficientemente fuerte para resistir las

vibraciones o las cargas previstas sin romperse ni deformarse de una forma inadecuada.

• Obtener una mejor comprensión del diseño en una fase inicial cuando el coste del

rediseño es pequeño.

• Determinar si la pieza se puede rediseñar de manera más rentable y seguir funcionando

satisfactoriamente cuando se someta al uso previsto.

El análisis de tensión en autodesk inventor es una herramienta que nos permite calcular, analizar y comprender el comportamiento de un diseño en determinadas condiciones. Un especialista con formación cualificada puede tener que dedicar gran cantidad de tiempo a un análisis detallado para obtener una respuesta exacta sobre la realidad. A menudo es posible predecir y mejorar un diseño con la información de comportamiento y tendencias que se obtienen a partir de un análisis básico o fundamental. Si efectúa este análisis básico al principio de la fase de diseño, puede mejorar sustancialmente el proceso general de ingeniería.

A efectos del análisis, detallado o fundamental, es crucial tener presente la naturaleza de las aproximaciones, estudiar los resultados y probar el diseño final. La correcta utilización del análisis de tensión reduce en gran medida el número de pruebas físicas necesarias. Puede experimentar con una amplia variedad de opciones de diseño y mejorar el producto final.

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1.2 ANÁLISIS POR ELEMENTOS FINITOS

La simulación de análisis de tensión que autodesk inventor proporciona tiene bases en el análisis por elementos finitos; El método de elementos finitos (FEM) es una técnica numérica matemática la cual fue pensada para ser utilizada en computadoras, permitiendo resolver ecuaciones diferenciales asociadas a un problema físico, en este caso para el cálculo de la fuerza y el comportamiento de las estructuras de ingeniería.

En general este método consiste en dividir el componente a analizar en segmentos más pequeños triangulares/tetraédricos denominados elementos cada uno con comportamientos bien definidos que es posible sumar (resolver) e interpretar fácilmente.

Al proceso de dividir el componente en elementos más pequeños comúnmente se le denomina mallado.

Figura 1.1.-ejemplo de mallado de una pieza.

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Existen muchas tipos de análisis por elementos finitos, pero para un análisis de esfuerzos solos nos interesan dos casos:

• Análisis lineal. • Análisis no lineal.

La simulación de análisis de tensión que Autodesk Inventor proporciona sólo es adecuada cuando las propiedades del material son lineales. Estas propiedades son:

• la deformación total será pequeña en comparación con el grosor de la pieza. • Los componentes se deforman por igual en las tres direcciones (material isotrópico). • Los componentes son rígidos y dúctiles. Por ejemplos los componentes metálicos (no de

goma). • La tensión es directamente proporcional a la deformación del material (lo que significa

que no hay elasticidad del material). Se produce comportamiento lineal cuando la pendiente de la curva tensión-deformación del material de la región elástica o región lineal (medida como Módulo de elasticidad) es constante.

Figura 1.2.- El software trabaja solo en la región lineal del material (ver grafica).

Los resultados son independientes de la temperatura. Se presupone que en el análisis la temperatura no afecta a las propiedades del material.

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Un análisis no lineal podría caer en tres categorías:

1) Material.- Cuando el esfuerzo del componente supera el límite de proporcionalidad del

mismo (ver grafica).

2) Geometría.- Un componente experimenta grandes deformaciones y como resultado

puede provocar que el componente de experimentar un comportamiento no lineal. Un

ejemplo típico de ello es una caña de pescar.

3) Contacto.- se presenta cuando dos componentes entran en contacto y experimentan un

cambio abrupto en el esfuerzo, dando como resultado una deformación localizada en la

zona de contacto.

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1.3 DESCRIPCIÓN DE LOS COMANDOS DE ANÁLISIS DE TENSIÓN

El Análisis de tensión de Autodesk Inventor proporciona comandos para determinar el rendimiento del diseño estructural directamente en el modelo de simulación de Autodesk Inventor. El análisis de tensión de Autodesk Inventor incluye herramientas para insertar cargas y restricciones en una pieza o un ensamblaje. Calcula los valores resultantes de la tensión, la deformación, el coeficiente de seguridad y los modos de frecuencia de resonancia. Acceda al entorno de análisis de tensión de Autodesk Inventor con una pieza o un ensamblaje activos.

Con las herramientas de análisis de tensión, podrá:

Realizar un análisis modal o estático estructural de una pieza o un ensamblaje.

Aplicar una fuerza, una presión, una carga de rodamientos, un momento o una carga de

cuerpo a vértices, caras o aristas del modelo, o importar una carga de movimiento de la

simulación dinámica.

Aplicar restricciones de desplazamiento fijo o distinto de cero al modelo.

Modelar diversas condiciones de contacto mecánico entre piezas adyacentes.

Evaluar el impacto de varios cambios de diseño paramétricos.

Visualizar los resultados del análisis en términos de tensión equivalente, tensiones

principales mínima y máxima, deformación, coeficiente de seguridad o frecuencia modal.

Añadir o desactivar operaciones, como cartelas, empalmes o nervios, reevaluar el diseño

y actualizar la solución.

Animar el modelo a través de varias etapas de deformación, tensión, coeficiente de

seguridad y frecuencias.

Generar un informe completo y automático del diseño de ingeniería en formato HTML.

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1.4 FLUJO DE TRABAJO PARA CREAR UN ANÁLISIS DE TENSIÓN

Una simulación depende de información precisa. Es importante modelar con precisión y especificar las condiciones físicas reales (las restricciones, las cargas, los materiales, las condiciones de contacto). La precisión de estas condiciones afecta directamente a la calidad de los resultados.

El proceso de crear un análisis de tensión basado en un análisis por elementos finitos consta de tres fases en general:

1.4.1 Pre-proceso

El primer paso en FEA, pre-procesamiento, es construir un modelo de elementos finitos de la estructura a ser analizada. El objetivo principal del modelo es replicar de manera realista los parámetros importantes y características del modelo real mediante una representación matemática del sistema físico.

Esta representación estaría compuesta entonces de:

Una pieza o un ensamblaje (modelo).

Propiedades del material.

Las condiciones del contorno (cargas, soportes), las condiciones de contacto y las mallas

aplicables.

pre-proceso

solucion

post-proceso

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1.4.2 Solución

Para encontrar un resultado, la pieza se divide en elementos más pequeños.

El solucionador combina los comportamientos individuales de cada elemento. Predice el comportamiento de todo el sistema físico mediante la resolución de un conjunto de ecuaciones algebraicas simultáneas (FEA).

1.4.3 Post-proceso

Análisis e Interpretación de los resultados

El resultado de un solucionador matemático es, por lo general, una cantidad considerable de datos no procesados. Normalmente, sería difícil y tedioso interpretar esta cantidad de datos no procesados sin la ordenación y representación gráfica de los datos tradicionalmente denominada post procesamiento. El post procesamiento se utiliza para crear visualizaciones gráficas que muestran la distribución de tensiones, deformaciones y demás aspectos del modelo. La interpretación de los resultados post procesados es la clave para identificar:

• Áreas de interés especial, como las áreas de debilidad del modelo.

• Áreas de desperdicio de material, como las áreas del modelo que soportan poca

carga o ninguna.

• Información valiosa sobre otras características de rendimiento del modelo, como

la vibración, que de otro modo no se conocería hasta haber construido y probado

un modelo físico (generación de prototipo). En la fase de interpretación de

resultados es donde debe ejercerse más la crítica.

Compare los resultados (como los números con los contornos de color, movimientos) con los previstos. Determine si los resultados son coherentes y explíquelos según los principios de ingeniería. Si los resultados son distintos de los previstos, evalúe las condiciones del análisis y determine qué provoca la discrepancia.

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1.5 INTERFAZ DE USUARIO

Crear simulación-aquí se define el tipo de análisis, de tensión, modal, o paramétrico. Tabla de parámetros-se define las restricciones de diseño, incluyendo masa, esfuerzo y deformación.

Material-crea y aplica el tipo de material para la pieza si aún no ha sido definida en el entorno del diseño de la pieza.

Restricciones-representa como un componente está fijado o conectado a otras partes en la realidad, y por lo tanto restringe su movimiento.

Fuerzas-representan las fuerzas externas que se ejercen sobre la pieza. Es la fuerza o fuerzas que se prevén estarán actuando sobre el componente en su uso normal.

Contactos-crea contactos entre componentes, ya sea manual o automáticamente.

Malla- crea y visualiza el mallado del componente para su análisis.

Resolver- ejecuta la simulación para realizar su análisis a partir de los parámetros preestablecidos.

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Resultados- Ver los resultados de tensiones y deformaciones para proveer una decisión fundamentada de si el componente funcionará bajo las cargas y las restricciones definidas.

Visualización-modificar los colores, incluyendo valores máximos y mínimos.

Reporte- genera un reporte HTML del análisis y resultados.

Configuraciones-puede definir algunas configuraciones iniciales tales como la malla y la tolerancia entre contactos.

Tabla 1.1 muestra los comandos que podemos utilizar dentro de análisis de tensión en autodesk inventor y que están disponibles en el panel de herramientas.

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1.6 ACCESO AL ENTORNO Y CREACIÓN DE UNA SIMULACIÓN

Puede acceder al entorno de análisis de tensión desde los entornos de pieza, ensamblaje y chapa.

Figura 1.3.- acceso al entorno de análisis de tensión

Acceso al entorno y creación de una simulación:

1 Abra el modelo que desea analizar. Por defecto, se encuentra en el entorno de modelado.

2 En la cinta de opciones, pulse la ficha Entornos ➤ panel Iniciar ➤ Análisis de tensión. Se muestra la ficha Análisis de tensión.

3 En la cinta de opciones, en el panel Administrar ➤ pulse Crear simulación.

Se abrirá un cuadro de dialogo, Este es el primer paso para realizar un análisis de tensión, Aquí usted puede definir si desea llevar a cabo análisis de tensión simple o estudio paramétrico.

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Figura 1.4.- cuadro de dialogo para crear una simulación.

Puede crear varias simulaciones en el mismo documento. Cada simulación puede usar diferentes materiales, restricciones y cargas.

Contactos:

Si un ensamble está siendo analizado, se puede definir un ajuste de tolerancia de contacto y el tipo de contacto que será creado automáticamente. Por defecto una tolerancia de 0.1mm creará contactos soldados entre componentes que tengan una separación igual o menor a 0.1mm.

Estado del modelo

Para un ensamble podrás elegir la forma de visualizar el diseño o modelo y el nivel de detalle para realizar el análisis.

Usa nivel de detalle (con todas las partes suprimidas, excepto una), cuando es necesario analizar un componente que ha sido exportado hacia el análisis de elementos finitos (FEA).

Se puede realizar dos tipos de análisis:

Análisis estático Análisis modal

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1.6.1 Ejecución de un análisis de tensión estático

El análisis estático proporciona los medios para simular la tensión, el esfuerzo y la deformación.

Utilice el entorno de análisis de tensión para analizar el diseño del ensamblaje o la pieza y evaluar rápidamente distintas opciones. Puede analizar un modelo en distintas condiciones usando diferentes materiales, cargas y restricciones (también denominados condiciones del contorno) y, a continuación, visualizar los resultados. Puede llevar a cabo un análisis estático o un análisis de frecuencia (también denominado modal) con las formas de modos asociadas. Después de ver y evaluar los resultados, puede modificar el modelo y ejecutar de nuevo el análisis para ver el efecto que tienen los cambios.

Flujo de trabajo típico del análisis de tensión:

1) Cree simulaciones y especifique sus propiedades.

2) Excluya los componentes que no sean necesarios para la simulación.

3) Asigne materiales. Si define una simulación modal, puede ejecutarla ahora. Cuenta con suficiente información para ver las frecuencias naturales.

4) Añada restricciones.

5) Añada cargas.

6) Especifique las condiciones de contacto. Este paso es opcional.

7) Especifique y pre visualice la malla. Este paso es opcional.

8) Ejecute la simulación.

9) Visualice e interprete los resultados.

Cuando modifique el modelo o introduzca diversos datos para la simulación, puede ser necesario actualizar la malla u otros parámetros del análisis. Un icono de relámpago de color rojo situado junto al nodo de navegador indica las áreas que necesitan actualizarse. Pulse con el botón derecho en el nodo y, a continuación, pulse Actualizar para actualizarlas con respecto a las modificaciones. Para el nodo Resultados, ejecute el comando Simular para actualizar los resultados.

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1.6.2 Ejecución del análisis modal

Además del análisis de tensión, puede realizar un análisis de frecuencia modal. El análisis de frecuencia modal busca las frecuencias naturales en las que la pieza vibra y las formas del modo en dichas frecuencias. Al igual que el análisis de tensión, el análisis modal está disponible en el entorno de análisis de tensión.

Use el análisis de frecuencia modal para probar un modelo a sus frecuencias de resonancia naturales (por ejemplo, un silenciador vibrante durante condiciones de inactividad u otros fallos).

Es posible que cada una de estas incidencias actúe sobre la frecuencia natural del modelo, lo que, a su vez, puede provocar resonancia y el posterior fallo. La forma modal es la forma de desplazamiento que adopta el modelo cuando se excita a una frecuencia de resonancia. La simulación en Autodesk Inventor calcula las frecuencias naturales de vibración y las formas de modos correspondientes.

Presenta las formas de modos como resultados que se pueden visualizar y animar.

Puede realizar un análisis de frecuencia natural independientemente de un análisis de tensión. Puede realizar un análisis de frecuencia en una estructura pretensada, en cuyo caso se definen cargas en la pieza antes del análisis. También puede buscar las frecuencias naturales de un modelo sin restricciones.

Flujo de trabajo: Ejecución de un análisis modal

1) Acceda al entorno de análisis de tensión.

2) Inicie una nueva simulación y especifique Análisis modal como tipo de simulación.

3) Compruebe que el material utilizado para la pieza es adecuado y, si no lo es, sustitúyalo por uno que sí lo sea.

4) Aplique las restricciones necesarias (opcional).

5) Aplique las cargas (opcional).

6) Ajuste la configuración de malla y pre visualice la malla (opcional).

7) Pulse Simular en el cuadro de diálogo y, a continuación, pulse Ejecutar. Los resultados para los ocho primeros modos de frecuencia se insertan en la carpeta Resultados del

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navegador. En el caso de una pieza sin restricciones, las seis primeras frecuencias son esencialmente iguales a cero.

8) Para cambiar el número de frecuencias mostrado, pulse con el botón derecho del ratón el nodo Simulación (en la parte superior del navegador) y seleccione Editar propiedades de simulación. En el cuadro de diálogo, especifique el número de modos que debe buscar. Una vez completados todos los pasos necesarios, aparece la notificación Actualizar junto a las secciones que requieren actualización en el navegador. Pulse con el botón derecho del ratón en el nodo y seleccione Actualizar. En el nodo Resultados, pulse el nodo con el botón derecho del ratón y seleccione Simular.

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CAPITULO II RESTRICCIONES DE ENTORNO

2.1 TABLA DE PARÁMETROS

Una de las características únicas y poderosas de simulación de Inventor es la capacidad de realizar estudios paramétricos de optimización.

Restricciones de diseño, como la masa, se puede acceder y seleccionar con un clic derecho en la fila de diseño de las restricciones.

Figura 2.1.- tabla de parámetros.

Los valores de tipo de restricción se pueden configurar para cualquiera de los siguientes:

Figura 2.2.- valores para los tipos de restricción.

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Por ejemplo, si la idea es minimizar la masa, habría que seleccionar minimizar, entonces la configuración de diseño óptimo será seleccionada automáticamente.

Haciendo clic derecho sobre cualquiera de los componentes dentro del navegador, podemos seleccionar Mostrar parámetros y elegir el parámetro que necesitemos optimizar.

Figura 2.3.- mostrar parámetros para una pieza desde el navegador.

Figura 2.4.- cuadro de dialogo donde podemos seleccionar los parámetros correspondientes a una pieza seleccionada.

Una vez que los parámetros han sido seleccionados, el rango del parámetro puede ser producido por cualquiera de los siguientes dos métodos:

Si los valores específicos son requeridos, especifique los valores separados por comas como se ilustra a continuación.

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(1, 4, 6,13 se producen los valores individuales especificados)

Si se interesa en ver el efecto de un parámetro, el rango de parámetros se puede producir, como se ilustra a continuación:

(1 – 9 : 5 se producen 3 o más valores igualmente espaciados entre 1 y 9, es decir, 3, 5, 7)

Figura 2.5.- tabla paramétrica.

Una vez que las restricciones de diseño y parámetros son definidos, las configuraciones de parámetros pueden ser generadas al hacer clic derecho en cualquier parte de las filas de los parámetros y seleccionando cualquiera de los siguientes:

Figura 2.6.- configuración de parámetros.

Subir configuración de nivel al modelo -si se seleccionara promover el valor en la parte de la tabla de parámetros, se anulara el valor original.

Eliminar parámetro- remueve parámetros de la tabla de parámetros y actualiza la geometría con el valor de parámetros de referencia.

Mostrar configuración base- muestra la configuración base del modelo en la región de los gráficos.

Generar configuración única - va a generar y visualizar el valor actual, si no está seleccionada.

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Generar configuraciones de Rango - Genera una configuración para cada valor en el rango especificado para la fila de parámetros.

Simular esta configuración -simulará la configuración seleccionada.

NOTA: para realizar un análisis paramétrico se debe seleccionar cota paramétrica al iniciar la simulación.

Análisis de tensión crear simulación objetivo del diseño cota paramétrica.

2.2 ASIGNACIÓN DEL MATERIAL

Si al diseñar una pieza se ha definido el tipo de material del cual está compuesta, en la simulación este paso no es necesario. Sin embargo, el material puede ser anulado por la selección de otros materiales de la biblioteca de estilos.

Figura 2.7.- icono para la asignacion de material.

1 Pulse Asignar materiales. Este paso es opcional y dependerá de los materiales empleados para los componentes. Si todos los materiales están definidos, puede omitir las anulaciones de materiales.

2 En el cuadro de diálogo, especifique materiales de anulación para los componentes de acuerdo con sus necesidades. El material de anulación aparece en la tercera columna. Utilice la lista desplegable para ver los materiales que están disponibles.

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Figura 2.8.- cuadro de dialogo donde se selecciona el material de anulación y coeficiente de seguridad.

Los materiales de Inventor se gestionan a través del Editor de estilos y normas. Puede modificar los materiales existentes o definir otros nuevos de acuerdo con sus necesidades. Se puede acceder al editor a través del cuadro de diálogo

Asignar materiales o pulsando la ficha Administrar ➤ panel Estilos y normas ➤ Editor de estilos.

Además en esta fase de la simulación podemos definir si el factor de seguridad será calculado de acuerdo a su resistencia a la fluencia o a la resistencia última del material que estemos seleccionando.

Normalmente el factor de seguridad se calcula con respecto a la resistencia a la fluencia del material. El coeficiente de seguridad debe ser superior a 1 para que el diseño sea aceptable. La mayoría de los diseñadores procuran obtener un coeficiente de seguridad entre 2 y 4 según el escenario de carga máxima prevista.

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2.3 RESTRICCIONES

Puede añadir restricciones para imitar las condiciones del entorno.

NOTA Las restricciones son una parte esencial de la creación de un modelo de simulación y pueden tener una gran influencia en los resultados de la simulación. Evalúelas con detenimiento y represente con precisión las condiciones físicas. Utilice el Manual de simulación para obtener ayuda con respecto a la aplicación de restricciones.

Figura 2.9.- tipos de restricciones

Restricción fija

Aplique una restricción fija a una cara, una arista o un vértice de la pieza. Una restricción fija permite establecer un desplazamiento igual a cero o distinto de cero en dirección x, y, z. Por ejemplo si el componente esta fijo o soldado normalmente se fijan las tres direcciones.

Restricción de pasador

Aplique restricciones de pasador en las caras cilíndricas. Las restricciones de pasador impiden que las caras cilíndricas se desplacen o se deformen en combinaciones de direcciones radiales, axiales o tangenciales.

Restricción sin fricción

Aplique una restricción sin fricción a una superficie plana o cilíndrica de la pieza. Las restricciones sin fricción impiden que la superficie se desplace o se deforme en la dirección normal con respecto a la superficie.

Tabla 2.1.- se describen los tipos de restricción disponibles.

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2.3.1 Adición de una restricción

1 Pulse el comando de restricción correspondiente al tipo de restricción que desea asignar.

2 El comando de selección está activo, de modo que puede comenzar a designar la geometría relacionada con el tipo de restricción. Puede expandir el cuadro de diálogo para acceder a la configuración avanzada.

Figura 2.10.- cuadros de dialogo para la adición de una restricción.

Si pulsa con el botón derecho del ratón en una restricción del navegador, podrá:

• Editar la restricción. Aparece el cuadro de diálogo correspondiente para que el usuario pueda introducir cambios.

• Ver las fuerzas de reacción. Los valores son iguales a cero hasta que se ejecuta una simulación.

• Desactivar la restricción.

• Puede copiar y pegar entre distintas simulaciones del mismo documento.

• Suprimir la restricción.

NOTA En algunos de los tipos de simulaciones definidos no se requieren restricciones.

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2.4 CARGAS

Figura 2.11.- las cargas se muestran con flechas en la ventana grafica de autodesk inventor, las cuales muestran la dirección de la carga.

Para simular las condiciones a las que podría enfrentarse el diseño, añada cargas de fuerza en las áreas en la que éstas pueden encontrarse. Existen varios tipos de carga que se pueden utilizar. En la lista siguiente se describen los tipos de carga disponibles:

fuerza

Aplica una fuerza a un conjunto de caras, aristas o vértices. Cuando la ubicación de la fuerza es una cara, la dirección se establece automáticamente en la dirección habitual de la cara. La fuerza señala hacia el interior de la pieza. Defina las caras planas, aristas rectas y ejes de dirección.

Presión

La presión es uniforme y se ejerce en dirección normal a la superficie en todas las ubicaciones de la superficie. Aplique presión únicamente en las caras.

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Carga de rodamiento

Aplica una carga de rodamientos sólo a las caras cilíndricas. Por defecto, la carga se aplica a lo largo del eje del cilindro y tiene una dirección radial.

Momento

Aplica un momento sólo a las caras. Defina la dirección usando caras planas, aristas rectas, dos vértices y ejes.

Cargas de la pieza

Especifica la aceleración lineal del modelo usando una cara como entrada. Las selecciones cilíndricas proporcionan una dirección axial. Sólo se puede aplicar una carga de cuerpo por análisis.

gravedad

Especifica la dirección de la carga gravitacional del modelo. Seleccione una cara para definir la dirección o use Componentes de vector para controlar la dirección de forma precisa. Las selecciones cilíndricas proporcionan una dirección axial.

Tabla 2.2.- se describen los diferentes tipos de cargas disponibles en la simulación de análisis de tensión.

1. Pulse el comando de carga correspondiente al tipo de carga que desea añadir.

2. El comando de selección está activo, de modo que puede designar la geometría adecuada para la carga que está definiendo.

3. Especifique los parámetros de la carga. Si es necesario, expanda el cuadro de diálogo para acceder a la configuración avanzada.

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Figura 2.12.- cuadro de dialogo en el cual podemos especificar la magnitud y dirección de una fuerza.

Con excepción de la presión, la dirección y magnitud, alternativamente, se puede especificar mediante el uso de componentes del vector.

Figura 2.13.- podemos utilizar componentes vectoriales para especificar una fuerza.

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Figura 2.14.- El nombre, la escala y el color de visualización de la carga pueden ser modificados también.

Pulse dos veces en el nodo de carga en el navegador para modificarlo. Si lo prefiere, puede pulsar con el botón derecho en el nodo de la carga y pulsar Editar restricción [tipo].

NOTA: Al aplicar una carga, es aconsejable no aplicarlas en puntos o bordes muy pequeños ya que pueden producir esfuerzos concentrados muy altos.

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2.5 CONTACTOS

En los ensamblajes, pueden existir diversas condiciones de contacto, que se detectan automáticamente en el comando Contactos automáticos. Las propiedades de la simulación especifican la tolerancia y el tipo de contacto que se asignan automáticamente.

Existen siete tipos de contactos que se pueden generar automáticamente en el comando “contactos automáticos”:

1.-fijado- unión por contacto cara con cara, por ejemplo, las estructuras fabricadas.

Figura 2.15.- estructura soldada.

2.- separación- permite el contacto entre caras adyacentes, separación y deslizamiento bajo deformación.

3.-deslizante/sin separación-mantiene el contacto entre caras adyacentes, pero permite deslizamiento.

Figura 2.16.- ejemplo de una unión entre caras adyacentes.

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4.-separacion/no deslizante-Separa las caras de contacto total o parcialmente sin deslizamiento

5.-ajuste por contracción/deslizante-similares a los contactos de separación, con l adición de que permite coincidencias iniciales entre componentes.

6.- ajuste por contracción/ no deslizante- similar al contacto “separación/sin deslizamiento” con la adición de que permite condiciones iniciales, por ejemplo, las condiciones de tubo/abrazadera.

7.- muelle - crea condiciones de muelle entre dos componentes, aplicando sus propiedades de rigidez.

Revise los contactos generados para asegurarse de que representen con precisión las interacciones físicas del modelo. Sólo se puede usar un tipo de contacto como ajuste por defecto para los contactos deducidos automáticamente, por lo que es posible que más adelante sea necesario realizar algunos cambios.

2.6.1 contactos automáticos

Como ya se mencionó se puede preestablecer los contactos que se crearan automáticamente al iniciar la simulación.

Figura 2.17.- contactos automáticos.

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Para añadir condiciones de contacto de manera automática, pulse el comando Contactos automáticos. Si lo prefiere, pulse con el botón derecho en el nodo Contacto y seleccione Contactos automáticos.

En algunos casos, el contacto automático no detecta las caras adyacentes que tienen un déficit superior a los valores de tolerancia predefinidos de contacto. En este escenario, puede utilizar el contacto manual para crear un contacto.

2.6.2 Contactos manuales

En algunos casos, es necesario añadir contactos manualmente.

Adición de condiciones de contacto manualmente:

1 dentro de la simulación de Análisis de tensión ➤ panel Contactos ➤ Crear contacto manual.

2 Especifique el tipo de contacto.

Figura 2.18.- cuadro de dialogo para crear contactos manuales

3 Seleccione las entidades apropiadas para el tipo de contacto. Si hay otros componentes que ocultan el componente que desea seleccionar, use la opción de selección Pieza para designar primero la pieza y, a continuación, ajuste la selección.

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CAPITULO III CREACIÓN DE LA MALLA

3.1 CREACIÓN DE LA MALLA

Este paso es opcional ya que puede aceptar la configuración de malla por defecto e ir directamente a la simulación. A veces habrá áreas en las que preferirá que la malla tenga una densidad mayor. Puede cambiar los parámetros de malla o usar un control de malla local.

Figura 3.1 en el panel de herramientas podemos seleccionar los parámetros relacionados con la creación de la malla

1. Vista de la malla (opcional) 2. Configuración de la malla 3. Control de malla local 4. Configuración de convergencia

3.1.1 Configuración de malla

Figura 3.2 cuadro de dialogo para la configuración de malla.

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Usando elementos más pequeños la malla se volverá más densa.

Tamaño medio del elemento:

Figura 3.3.- diferencias en la malla al modificar el tamaño medio del elemento.

El tamaño máximo en promedio que se puede especificar es 1.

NOTA: una malla muy densa tomara más tiempo para su análisis.

El tamaño mínimo del elemento es un parámetro muy sensible y, por regla general pueden permanecer inalterados por un valor de 0,02. Si el valor debe cambiarse, utilizar cualquier número en el siguiente rango:

0.01 ≥ Tamaño mínimo del elemento ≤ 0.02

3.1.2 Factor de modificación

El Factor de modificación especifica la relación máxima de los bordes de malla adyacentes para la transición entre las regiones gruesas y finas. Un factor de clasificación más pequeña produce una malla más uniforme.

Factor de modificación:

Figura 3.3.- diferencias en la malla al cambiar los valores en el factor de modificación.

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El rango del factor de modificación puede estar entre 1 y 10.

El rango recomendado es 1.5 ≥ factor de clasificación ≤ 3

3.1.3 Angulo máximo de giro

El ángulo máximo de giro le permite controlar el número de elementos a lo largo de un arco de 90 grados. Si se especifica un ángulo de máximo de giro de 60 grados se crearan dos o más elementos para cubrir el ángulo de 90 grados. Si se especificara un ángulo máximo de giro de 30 se crearan al menos 3 o más elementos para cubrir el arco de 90 grados.

Figura 3.4.- diferencias en la malla al modificar el ángulo máximo de giro.

Un valor muy pequeño de este ángulo producirá una malla muy densa.

Un valor recomendado es:

30 ≥ ángulo máximo de giro ≤ 60

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3.1.4 Elementos de malla curva

Figura 3.5.- diferencias al activar los elementos de malla curva en la configuración.

Los elementos curvos pueden producir resultados más precisos.

3.1.5 Ignorar pequeñas geometrías

Figura 3.6.- aquí se muestra la diferencia al activar/desactivar la opción ignorar pequeñas geometrías.

Es aconsejable suprimir operaciones pequeñas (por ejemplo, filetes para evitar la creación de mucho más elementos). La otra opción sería seleccionar Ignorar Geometría pequeñas, ya que se quitarán las características pequeñas y pasar por alto pequeñas oscilaciones como resultado de un mal modelado.

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3.1.6 Control de malla local

Control de malla local se utiliza para refinar el modelo mediante la especificación de un valor absoluto en las caras o bordes.

Figura 3.7.- diferencias en la malla al utilizar la herramienta control de malla local.

Si la altura de la base es de 10 mm Al especificar un valor de 5 mm se crean dos elementos verticales en las caras laterales. Un tamaño de malla de 2,5 mm locales creará cuatro elementos verticales en las caras laterales seleccionadas.

3.1.7 Configuración de convergencia

Figura 3.8.- cuadro de dialogo configuración de convergencia.

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Número máximo de h refinamientos- aquí, se puede especificar el número máximo de refinamientos de malla en base a esfuerzos máximos. Un valor superior a 5 podría resultar en esfuerzos particulares que tomarían un largo tiempo para su análisis.

Criterios de parada (%)- se utiliza para la convergencia entre dos mejoras consecutivas. Si la diferencia entre las dos mejoras es inferior al 10%, el proceso de convergencia se detendrá.

Umbral de refinado h (0-1)

Un valor de 0, se incluyen todos los elementos en el modelo como candidatos para el refinamiento, mientras que un valor de 1, se excluirán todos los elementos del proceso de refinamiento h. El valor por defecto es de 0,75, lo que significa que los elementos superiores del 25% en la zona de alta tensión serán probablemente candidatos para el refinamiento.

NOTA: use excluir geometría seleccionada cuando el modelo tiene singularidades en los esfuerzos.

Utilice un valor bajo, si el modelo tiene varias áreas con esfuerzos singulares.

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CAPITULO IV VISUALIZACIÓN DE RESULTADOS

4.1 EJECUTAR SIMULACIÓN

Una vez que haya definido los parámetros del análisis, podrá ejecutar la simulación. En la cinta de opciones, pulse la ficha Análisis de tensión ➤ panel Resolver ➤ Simular.

En el cuadro de diálogo Simular, expanda la sección Más para comprobar si existe alguna notificación o advertencia relacionadas con el proceso. Cuando esté listo, pulse Ejecutar para iniciar los cálculos de la simulación.

4.2 VISUALIZACIÓN DE RESULTADOS

4.2.1 Tensión equivalente o de Von Mises

Las tensiones y deformaciones tridimensionales se desarrollan en varias direcciones. Una forma habitual de expresar estas tensiones multidireccionales consiste en resumirlas en una tensión equivalente, también denominada tensión de von-Mises. Un sólido tridimensional tiene seis componentes de tensión. En algunos casos, una prueba de tensión uniaxial busca propiedades del material experimentalmente. En ese caso, la combinación de los seis componentes de tensión en una única tensión equivalente se relaciona con el sistema de tensiones reales.

Los resultados de tensión de Von Mises utilizan contornos de color para mostrar las tensiones calculadas durante la solución para el modelo. Se visualiza el modelo deformado. Los contornos de color corresponden a los valores definidos en la barra de color.

4.2.2 Tensiones principales máximas y mínimas

Según la teoría de la elasticidad, un volumen infinitesimal de material en un punto arbitrario dentro o sobre un cuerpo sólido se puede girar de tal modo que sólo permanezcan las tensiones normales y que las demás tensiones de corte sean cero. Si el vector normal de una superficie y el vector de tensión que actúa sobre dicha superficie son colineales, la dirección del vector normal recibe el nombre de dirección de tensión principal. La magnitud del vector de tensión en la superficie recibe el nombre de valor de tensión principal.

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Primera tensión principal

La primera tensión principal proporciona el valor de la tensión que es normal al plano en el que la tensión de corte es cero. La primera tensión principal ayuda a comprender la tensión de elasticidad máxima inducida en la pieza por las condiciones de carga.

Tercera tensión principal

La tercera tensión principal actúa en la dirección normal al plano en el que la tensión de corte es cero. Ayuda a comprender la tensión máxima de compresión inducida en la pieza por las condiciones de carga.

4.2.3 Deformación

La deformación es la cantidad de estiramiento que sufre un objeto debido a la carga. Utilice los resultados de deformación para determinar cómo y cuánto se puede curvar una pieza. Determine la fuerza que se requiere para que se curve una distancia en concreto.

4.2.4 Desplazamiento

Los resultados de desplazamiento muestran la forma deformada del modelo después de aplicar la solución. Los contornos de color muestran la magnitud de la deformación con respecto a la forma original. Los contornos de color corresponden a los valores definidos en la barra de color.

4.2.5 Coeficiente de seguridad

Todos los objetos tienen un límite de tensión dependiente del material utilizado, lo que se denomina elasticidad del material o resistencia máxima.

Si el acero tiene un límite de elasticidad de 40.000 lpc, las tensiones superiores a este límite darán como resultado determinada deformación plástica. Si se parte del supuesto de que un diseño no debe sufrir deformación plástica al superar la elasticidad (la mayoría de los casos), la tensión máxima permitida en tal caso es de 40.000 lpc.

Puede calcular un coeficiente de seguridad como la relación entre la tensión máxima permitida y la tensión equivalente (Von Mises) cuando se usa el límite de elasticidad. Debe ser superior a uno (1) para que el diseño sea aceptable.

(Un valor inferior a 1 indica que existe una deformación permanente.) Cuando se usa la resistencia máxima, la tensión principal máxima se emplea para determinar los coeficientes de seguridad.

Los resultados del coeficiente de seguridad señalan inmediatamente áreas de elasticidad potencial. Los resultados de la tensión equivalente se muestran en rojo en las áreas de máxima tensión, con independencia de que el valor sea alto o bajo. Un coeficiente de seguridad de 1

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significa que el material es esencialmente elástico. La mayoría de los diseñadores procuran obtener un coeficiente de seguridad entre 2 y 4 según el escenario de carga máxima prevista. Si algunas áreas del diseño van a elasticidad no significa siempre que haya un error en la pieza, a menos que la carga máxima prevista se repita con frecuencia. Es posible que una carga alta repetida tenga como resultado una rotura por fatiga, lo que Análisis de tensión de Autodesk Inventor no simula. Utilice siempre principios de ingeniería para evaluar la situación.

4.2.6 Animar resultados

Utilice la herramienta Animar resultados para visualizar la pieza en varias fases de deformación. También permite animar la tensión, el coeficiente de seguridad y la deformación bajo frecuencias.

4.3 COMANDOS PARA LA VISUALIZACIÓN DE RESULTADOS

Los comandos siguientes se muestran en los paneles Resultado y Visualización. Mientras visualiza los resultados, utilice los comandos para modificar las operaciones de visualización de resultados del modelo.

Aplicar escala uniforme

Conserva la misma escala mientras visualiza distintos resultados.

Barra de colores

Muestra el cuadro de diálogo Configuración de barra de colores, en el que se ajustan los parámetros de visualización de la barra de colores.

Visualizar resultados con transacciones de color suaves

Muestra los cambios de color con una transición

Mostrar condiciones del contorno

Muestra los cambios de color resaltando la unión entre los distintos colores.

Sin sombreado Desactiva la visualización de resultados sombreados.

Mostrar valor máximo

Activa y desactiva la visualización del punto de resultado máximo en el modelo.

Mostrar valor mínimo

Activa y desactiva la visualización del punto de resultado mínimo en el modelo.

Condición del contorno

Activa y desactiva la visualización de los símbolos

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de carga en la pieza.

Sonda Activa el comando Sonda. Sitúe las sondas en las áreas de interés de los puntos cuyos valores de tensión desee mostrar.

Mostrar identificadores de sonda

Activa y desactiva la visibilidad de los identificadores de sonda.

Ajustar visualización de desplazamiento

Muestra una lista predefinida de ajustes de desplazamiento. Elija un valor para mejorar la presentación gráfica de la deformación del modelo.

Vista de malla

Muestra la malla de elementos que se utiliza en la solución junto con los contornos de resultado. También muestra la malla existente sobre el modelo sin deformar.

Animar resultados

Anima el desplazamiento para el tipo de resultado actual, la escala de desplazamiento y los resultados progresivos de la tensión.

Tabla 4.1.- muestra y describe los comandos disponibles para la visualización y análisis de los resultados.

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4.4 REVISIÓN DE MODELOS Y ANÁLISIS DE TENSIÓN

Después de ejecutar una simulación para el modelo, puede realizar diversas modificaciones, por ejemplo, en la geometría de la pieza, cambiar la magnitud de alguna carga o suprimirla, cambio en las restricciones, etc. Después puede volver a ejecutar la simulación para evaluar dichos cambios y analizar el nuevo comportamiento del diseño.

4.4.1 Cambio de la geometría del modelo

Una vez ejecutado el análisis en el modelo, es posible cambiar el diseño del modelo. Vuelva a ejecutar en análisis para ver el efecto de los cambios.

Edición de un diseño y nueva ejecución del análisis

1. En el navegador, pulse con el botón derecho del ratón la hoja del ensamblaje que desea modificar y seleccione Abrir. El componente se abre en otra ventana donde se puede modificar. En la parte inferior de la ventana, cerca de la barra de estado, aparece una ficha para cada documento abierto. En esta sección se explica cómo se edita una pieza.

2. En el navegador, expanda el nodo de la operación que desea editar.

3. En el navegador, pulse con el botón derecho del ratón en la operación que desea modificar y pulse Mostrar cotas. Las cotas de la operación se muestran sobre el modelo.

4. Pulse dos veces la cota que desea cambiar, introduzca el nuevo valor en el cuadro de texto y pulse la marca de verificación verde. El boceto se actualiza.

5. En la Barra de herramientas de acceso rápido, pulse el comando Actualizar modelo.

6. En la parte inferior de la ventana, pulse la ficha Ensamblaje. El componente se ha actualizado.

7. Algunas partes de la simulación pueden estar ahora desfasadas con respecto al cambio. Si se requiere una actualización para los datos de análisis actual, pulse con el botón derecho en el nodo Contactos y seleccione Actualizar.

8. Repita el paso 7 en cada área que lo requiera. A continuación, pulse Simular para actualizar los resultados.

Una vez actualizada la simulación, los glifos de carga se reubican si la operación a la que estaban asociados se ha desplazado como consecuencia del cambio de geometría. La dirección de la carga no cambia, ni siquiera cuando la operación asociada a la carga cambia de orientación.

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4.4.2 Cambio de las condiciones de la solución

Después de ejecutar un análisis en el modelo, puede cambiar las condiciones para las que se han obtenido los resultados. Vuelva a ejecutar en análisis para ver el efecto de los cambios. Puede editar las cargas y restricciones definidas, así como añadir nuevas cargas y restricciones, o suprimir cargas y restricciones. Para cambiar las condiciones de la simulación, acceda al entorno de análisis de tensión si aún no se encuentra en él.

Suprimir una carga o restricción

• En el navegador, pulse con el botón derecho una carga o restricción y, en el menú, seleccione Suprimir.

Agregar una carga o restricción

• En la ficha Análisis de tensión, seleccione el comando y siga el mismo procedimiento que utilizó para crear las cargas y las restricciones iniciales.

Edición de una carga o restricción

1. En el navegador, pulse con el botón derecho una carga o restricción y, en el menú, seleccione Editar. Se abre el mismo cuadro de diálogo que se utilizó para crear la carga o la restricción. Los valores del cuadro de diálogo son los valores actuales para la carga o restricción.

2. Pulse la flecha de selección situada a la izquierda del cuadro de diálogo para habilitar la designación de operaciones. Inicialmente se verá limitado a seleccionar el mismo tipo de operación (cara, arista o vértice) que se utiliza actualmente para la carga o restricción. Para eliminar las operaciones actuales, selecciónelas al mismo tiempo que pulsa la tecla CTRL. Si elimina todas las operaciones actuales, las nuevas selecciones pueden ser de cualquier tipo.

3. Pulse la flecha de selección de la dirección para especificar el cambio de dirección usando la geometría del modelo.

4. Si es necesario, pulse Cambiar dirección para invertir la dirección.

5. Cambie los valores asociados a la carga o restricción.

6. Pulse Aceptar para aplicar los cambios a la carga o restricción.

Ocultar un símbolo de carga

• En la cinta de opciones, pulse la ficha Análisis de tensión ➤ panel

Visualización ➤ Condiciones del contorno. Los símbolos de carga se ocultan.

Nueva visualización de un símbolo de carga

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• En la ficha Análisis de tensión, pulse de nuevo Condiciones del contorno. Se vuelven a mostrar los símbolos de carga.

Visualización temporal de la ubicación de la carga

• En el navegador, detenga el cursor sobre el nodo Carga o Restricción. La cara asociada en la que se aplica la carga o la restricción se resalta.

Cambio del tipo de análisis

1. En el navegador, pulse con el botón derecho del ratón en la simulación y, a continuación, seleccione Editar propiedades de simulación.

2. En el cuadro de diálogo Propiedades de simulación, en la ficha Tipo de simulación, seleccione el nuevo tipo de análisis.

4.4.3 Actualización de los resultados del análisis de tensión

Si se cambia alguna de las condiciones de la simulación o se edita la geometría de la pieza, se invalidan los resultados actuales. Un símbolo de rayo situado junto al nodo de los resultados indica un estado no válido. El comando Actualizar se encuentra en el menú contextual del nodo y está activado. Actualización de los resultados del análisis de tensión

• Pulse con el botón derecho en el nodo que requiere actualización y pulse Actualizar. Se generan nuevos resultados a partir de las condiciones de solución corregidas.

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4.5 GENERACIÓN DE INFORMES

Después de ejecutar el análisis de una pieza o un ensamblaje, se puede generar un informe que proporciona un registro de los resultados y el entorno del análisis.

En este capítulo se describe el procedimiento para generar e interpretar un informe de un análisis y se describe la forma de guardarlo y distribuirlo.

Ejecución de informes

Después de ejecutar una simulación de una pieza o un ensamblaje, se puede guardar la información detallada del análisis como referencia. Utilice el comando Informe para guardar todas las condiciones y resultados del análisis en formato HTML, MIME HTML o RTF para ver y almacenar fácilmente.

Generación de un informe:

1. Configure y realice un análisis de la pieza.

2. Oriente la vista en la región gráfica tal y como desee que aparezca en el informe.

3. En la cinta de opciones, pulse la ficha Análisis de tensión ➤ panel Informe ➤ Informe para crear un informe del análisis actual.

4. Especifique los parámetros del informe en el cuadro de diálogo. Puede controlar el nombre del informe, el nombre del archivo, su ubicación, el tamaño de la imagen, las propiedades incluidas en el informe, etc. El informe genera diversas orientaciones de imagen basadas en la orientación de la vista establecida.

5. El informe se genera, se presenta en un navegador de Internet y se guarda para permitir su visualización y su distribución.

Interpretación de informes

El informe contiene datos del modelo y del proyecto y resultados de la simulación.

Información sobre el modelo

Esta información contiene el nombre del modelo, la versión de Inventor y la fecha de creación.

Información sobre el proyecto

En ella se incluyen los siguientes datos:

Un resumen que incluye la propiedad Autor.

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Las propiedades del proyecto, entre las que se incluyen el número de pieza, el diseñador, el coste y la fecha de creación.

La propiedad Estado Propiedades físicas

Simulación

La sección Simulación proporciona detalles sobre las condiciones de la simulación.

Objetivo general y configuración

Esta sección contiene:

Objetivo del diseño Tipo de simulación Fecha de la última modificación Ajuste para detectar y eliminar los modos de cuerpos rígidos

Parámetros avanzados

Esta sección contiene:

Tamaño medio de elemento Tamaño mínimo de elemento Factor de modificación Ángulo máximo de giro Valor del ajuste Crear elementos de malla curva

Material(es)

Nombre del material Propiedades generales Propiedades de tensión Nombres de pieza, si se trata del informe de un ensamblaje

Condiciones de funcionamiento

Cada fuerza según su tipo y su magnitud con imágenes Cada restricción según su tipo con imágenes.

Resultados

Fuerza de reacción y momento sobre las restricciones Imágenes de cada tipo de resultado según el contenido de la sección de informes del

navegador, La ruta del documento aparece en la última posición de la lista.

Guardado y distribución de informes

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Como formato de archivo por defecto para el informe, seleccione HTML, MIME HTML o RTF. Puede aceptar los valores por defecto para la generación de informe o personalizar la generación de información de los informes y la ubicación de almacenamiento de los informes.

Informes guardados

Por defecto, los informes se guardan en la misma ubicación que el modelo que se está analizando. Las imágenes de los informes se guardan en un directorio denominado “Images” que se encuentra en la misma ubicación que el modelo analizado. Proceda con cuidado al asignar un nombre a un informe. Si el nombre y la ubicación del archivo coinciden con los del informe anterior, podría sobrescribir el archivo sin previo aviso. Con el fin de evitar confusiones, es mejor utilizar un nombre diferente para cada versión de un informe o suprimir el informe anterior.

Impresión de informes

Utilice el comando Imprimir del navegador Web para imprimir los informes tal y como haría con cualquier otra página Web.

Distribución de informes

Para que el informe esté disponible en un sitio Web, mueva todos los archivos asociados al informe hasta el sitio Web. Distribuya una dirección URL que señale al informe.

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4.6 ADMINISTRACIÓN DE LOS ARCHIVOS DE ANÁLISIS DE TENSIÓN

Al ejecutar un análisis de tensión en Autodesk® Inventor® Simulación, se crean archivos independientes que contienen la información relativa a dicho análisis. Además, se modifica el archivo del modelo para indicar la presencia de los archivos de tensión y el nombre de los archivos.

En este capítulo se explica la interdependencia de los archivos y qué hacer si los archivos se separan.

Creación y uso de archivos de análisis

Una vez configurada la información del análisis de tensión de Autodesk Inventor, guarde la pieza o el ensamblaje. Esta acción también almacena información del análisis de tensión en el archivo del modelo. La información sobre los datos y los resultados del análisis de tensión, que incluye las cargas, las restricciones y todos los resultados, se guarda además en archivos independientes.

Los archivos de simulación se almacenan en una carpeta de uso exclusivo cuyo nombre coincide con el del archivo del modelo. Por defecto, se crean vínculos OLE con cada uno de esos archivos. Cambie la opción si desea desactivar los vínculos.

Descripción de las relaciones existentes entre los archivos

Los archivos de simulación son únicos para un modelo y una simulación dados. Inventor mantiene las relaciones requeridas entre los archivos. No hay ninguna razón para trabajar con los archivos de simulación o modificarlos fuera de Inventor.

Los comandos Guardar como y Guardar copia como copian todos los archivos de simulación.

Resolución de los archivos no encontrados

En determinadas circunstancias, los archivos de simulación pueden haber cambiado de ubicación o no estar disponibles cuando se trabaja con un modelo.

Al abrir un archivo de modelo por primera vez, aparece el cuadro de diálogo Resolver vínculo. Puede seleccionar la ubicación de los archivos de simulación o pasarlos por alto.

Si omite los archivos, el entorno de simulación puede volver a calcularlos cuando sea necesario.

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EJEMPLO 1

Se necesita diseñar un soporte que pueda resistir una carga de 200 N y no sufra una deflección mayor a 2 mm. Además, el diseño tiene que cumplir con un factor de seguridad de al menos 1,5.

PASO 1 ANÁLISIS DE TENSIÓN

Se tiene un soporte prediseñado como se muestra en la figura-1, el primer paso es pasar al entorno de análisis de tensión.

Figura-E.1.1 DISEÑO DEL SOPORTE.

Al diseñar la pieza podemos definir el tipo de material de cual está compuesta, esto hará que ya no sea necesario definir el material en el entorno de análisis de tensión. En este caso se definió aluminio-6061.

Se puede anular el material predefinido y seleccionar uno nuevo dentro del análisis de tensión:

Asignar material material de anulación

PASO 2 AGREGAR CARGAS

Al agregar cargas estaremos representando las cargas externas a las cuales estará funcionando el soporte en la realidad. Autodesk inventor proporciona varios tipos diferentes de cargas.

NOTA: Se puede usar el comando dividir en el entorno del diseño de la pieza. Este comando nos puede servir para dividir la cara de una pieza, lo cual nos va a permitir seleccionar el lugar exacto

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donde se encuentra una carga o restricción, además así podemos también evitar esfuerzos concentrados.

Figura-E.1.2 adición de una carga.

PASO 3 DEFINIR RESTRICCIONES

Al definir una restricción estamos simulando las condiciones en las cuales el soporte estar funcionando en la realidad.

Utilizamos el comando restricción fija y seleccionamos la cara que se muestra resaltada en la figura. Con esto estaremos simulando que el soporte esta fijo en esa cara y restringirá su movilidad.

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Figura-E.1.3 adición de restricción

NOTA:

• No es necesario definir contactos debido a que es una pieza única la que se está analizando.

• Tampoco es necesario hacer cambios en la configuración de la malla preestablecida. Sin embargo se pueden hacer cambios si así se cree conveniente.

• los filetes exteriores que posee la pieza se pueden excluir de la simulación, debido a que su efecto en el resultado es despreciable y solo hacen que la simulación tarde más tiempo en resolverse. Asegúrate de excluirlos yendo a la ventana del navegador y expandiendo el nodo de la pieza, después buscamos la operación que corresponde a la operación de los filetes y con clic derecho seleccionamos excluir de la simulación.

PASO 4 EJECUTAR SIMULACIÓN

Ejecutar la simulación con el comando simular. La simulación comenzará a resolverse.

Una vez ejecutada la simulación se muestran los resultados en la ventana grafica de autodesk inventor.

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Figura-E.1.4.- Esta primera imagen muestra los resultados del desplazamiento, como se puede observar el diseño inicial no satisface los requerimientos de diseño.

Figura E.1.5.- esta figura muestra los resultados del coeficiente de seguridad del diseño inicial, como podemos observar tampoco cumple con el factor de seguridad mínimo requerido.

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PASO 5: REDISEÑAR

Figura-E.1.6.- en esta figura se muestra el soporte rediseñado, al cual se le ha agregado un nervio en la parte interna.

Se pueden excluir o incluir operaciones de la pieza en el entorno de análisis de tensión. Esto nos permite analizar y comparar el comportamiento de la pieza con diferentes diseños. En este caso la pieza ya poseía un nervio en la parte interna que sirve como refuerzo, sin embargo en la primera simulación esta operación fue excluida, ahora en el rediseño de la pieza se ha seleccionado incluir en la simulación.

NOTA: para excluir o incluir una operación vamos al navegador de autodesk inventor expandimos el nodo de la pieza localizamos la operación que deseamos incluir o excluir de la simulación con clic derecho seleccionamos incluir en la simulación/excluir de la simulación.

A continuación se ejecuta de nuevo el comando simular para volver a resolver la simulación con el diseño nuevo, los resultados se muestran a continuación:

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Figura-E.1.7.- en esta figura se muestra el resultado de la nueva simulación con un nervio de refuerzo en el diseño, como se puede observar, este nuevo diseño cumple con los requisitos con respecto a la deformación máxima de 2mm.

Figura-E.1.8.- también se cumple con el coeficiente de seguridad mínimo de 1.5

60

PASO 6: OPTIMIZACIÓN

Hasta este punto ya se ha resuelto el problema, sin embargo podemos optimizar el diseño y reducir el peso y la utilización de material.

Analizando la figura-7 y figura-8 podemos observar que la parte interna del nervio que se le agrego a la pieza no está realizando ningún esfuerzo ni interviene en el factor de seguridad por lo tanto podemos intentar optimizar el diseño quitando esta parte del nervio.

Para modificar el nervio, lo único que se hizo fue modificar la operación nervio que poseía la pieza en el entorno de diseño.

Vemos el resultado:

Figura-E.1.9 en esta figura se muestra el nervio modificado.

El siguiente paso es ejecutar de nuevo la simulación para ver los resultados del nuevo diseño.

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Figura-E.1.10.- en esta figura podemos observar el resultado de la última simulación, como se observa se cumple con el requisito de no sobrepasar 2mm en la deformación, ya que la deformación es de 1.14 máxima.

Figura-E.1.11.- en esta última simulación el factor de seguridad da un valor de 1.66. Por lo tanto se cumple con un factor de seguridad de no menos de 1.5.

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Resultados finales:

Desplazamiento máximo: 1.14 mm

Factor de seguridad mínimo: 1.66

NOTA: se puede seguir rediseñando el nervio hasta alcanzar un factor de seguridad mucho mayor al alcanzado en la última simulación y un desplazamiento casi insignificante.

Se puede generar un informe fácilmente en formato HTML donde se especifican todas las propiedades del diseño.

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EJEMPLO 2

Diseño de aspas de ventiladores industriales

Figura E.2.1 (Problema de diseño cortesía de Halifax Fan Ltd.)

Problema obtenido de:

WASIM YOUNIS, Up and Running with Autodesk ® Inventor ® Simulation 2010 – A Step by Step Guide to Engineering Design Solutions. Butterworth-Heinemann (June 22, 2009), 384 páginas.

Algunos de los requisitos típicos incluyen la determinación de lo siguiente:

El esfuerzo máximo y la deformación de las aspas del ventilador industrial. El factor de seguridad del nuevo diseño.

Además de los requisitos anteriores, los criterios de diseño que se utilizará para este problema de diseño son los siguientes:

El material usado es acero dulce o acero baja aleación, alta resistencia El factor de seguridad requerido es de 1.75 Deformación máxima de 0.5mm Un grosor máximo del aspa de 5mm

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Flujo de trabajo:

Tabla E.2.1 flujo de trabajo.

Idealización

Los ventiladores Halifax pueden variar desde sencillos ventiladores pequeños hasta grandes ventiladores detallados. En el caso de los ventiladores con grandes detalles, el tamaño de la malla puede ser muy grande y el tiempo necesario para analizar los resultados puede llegar a ser muy largo.

La mayoría de ventiladores comprenden un número de aspas similares y cuando está en funcionamiento, la deformación y la tensión inducida en las hojas son idénticas, y por esta razón, sólo es necesario analizar una hoja del ventilador. Este enfoque de simplificación es también conocida como simetría cíclica y reduce significativamente el tamaño del modelo dando más margen para perfeccionar y analizar los resultados de manera eficiente. Por lo tanto, en los siguientes pasos, el modelo de ventilador se divide de tal manera que sólo queda una hoja.

IDEALIZACION simetria siclica.- dividir el modelo en una sola aspa.

CONDICIONES DE ENTORNO 1.-aplicar cargas y restricciones. 2.-especificar condiciones de simetria

EJECUTAR SIMULACION Y ANALIZAR analizar los resultados del factor de seguridad.

OPTIMIZACION 1.-investigar el grosor de l aspa del ventilador en los resultados 2.-cambiar material

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1.- abrir el archivo ventilador.ipt

Figura E.2.2.- diseño en el entorno de análisis de tensión.

2.- crear un nuevo boceto en el plano y-z con las siguientes dimensiones.

Figura E.2.3.- entorno de edición de boceto.

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Nota:

• Como hay 10 aspas en el ventilador el ángulo para dividir el ventilador completo será de 36 grados, así solo utilizaremos una sola aspa para el análisis del ventilador.

• El ángulo de la líneas secundarias no tiene valor especifico, solo se aproxima al centro de dos aspas.

3.- terminamos el boceto y utilizamos la herramienta dividir, utilizando el boceto hecho dividimos la pieza.

Figura E.2.4 dividiendo la pieza con la herramienta dividir.

Figura E.2.5.- se muestra el segmento de pieza resultante.

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4.- ahora solo tenemos una sola aspa para realizar el análisis, el siguiente paso es pasar al entorno de análisis de tensión para aplicar las condiciones de entorno y realizar el análisis.

Figura E.2.6.- muestra como activar el entorno de análisis de tensión.

5.- después de entrar al entorno de análisis de tensión, seleccionamos crear simulación. Y especificamos el nombre de la simulación y un análisis estático.

Figura E.2.6. Muestra cómo crear una nueva simulación.

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6.- Seleccionamos restricción fija y seleccionamos la cara como se muestra.

Figura E.2.7.- muestra la cara seleccionada para la creación de una restricción.

7.-Seleccionamos cargas cuerposseccionamos la ficha angular seleccionamos activar velocidad y aceleración angulares especificamos 2000 rpm.

Figura E.2.8 muestra como a especificar una velocidad constante.

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Nota: especificamos RPM pero después el valor será convertido a gr/s

8.- Si se analizara el ventilador completo con el paso 6 y 7 sería suficiente, sin embargo como solo estamos analizando una sola aspa debemos definir condiciones de entorno extra para que se comporte como el diseño completo. Esto puede hacerse aplicando la herramienta “restricción sin fricción” a todas las caras que se crearon como resultado de haber dividido la pieza.

Figura E.2.9 se muestra como agregar restricciones sin fricción a las caras de la pieza.

9.-Seleccionamos vista de malla

Figura E.2.10.- muestra el mallado de la pieza.

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10.- ejecutamos la simulación.

En la escala del desplazamiento seleccionamos real y quitamos la selección de vista de malla.

Figura E.2.11.- muestra los resultados inicicales.

Singularidades en los esfuerzos aparecerán en la interfaz de la hoja y la placa debido a las repentinas discontinuidades geométricas y serán ignoradas porque el área de interés se encuentra en medio de las aspas.

También pueden aparecer esfuerzos singulares en las caras que se crearon cuando se dividió la pieza, estos esfuerzos pueden ser ignorados por que no estarían si se analizara el ventilador completo.

11.- utilizar la barra de colores para especificar un valor de 200 Mpa máximos y así poder visualizar mejor los esfuerzos.

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Figura E.2.12.-muestra esfuerzos concentrados.

12.- Utilice el comando sonda para identificar puntos de interés en la pieza y mostrar los resultados en esos puntos.

Figura E.2.12.- muestra resultados en puntos específicos utilizando la herramienta sonda.

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13.- incrementar la malla para ver si cambia el resultado de los esfuerzos.

Seleccionamos configuración de malla tamaño medio de elemento especificamos 0.050

Actualizamos la simulación.

Podemos ver que los resultados si cambian, además cabe mencionar que al cambiar el tamaño medio del elemento de 0.10 a 0.05 la simulación tarda más tiempo en resolverse.

Figura E.2.13. Muestra los resultados al cambiar la configuración de la malla.

14.- incrementar la malla disminuyendo el tamaño medio del elemento a 0.025

Podemos utilizar la herramienta sonda y seleccionar tantos puntos como creamos conveniente, también se puede cambiar la posición de la sonda aun punto de mayor interés dando clic derecho en la sonda y seleccionamos editar posición.

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Figura E.2.14.- muestra cómo podemos seleccionar todos los puntos de interés para el análisis.

Podemos observar que aparecen grandes esfuerzos en las caras que se crearon al dividir la pieza, como ya se ha dicho estos esfuerzos pueden ignorarse, Como sólo estamos interesados en la región donde se encuentra la hoja, tomamos el valor máximo de esfuerzo y nosotros con seguridad podríamos decir que los resultados han convergido en el área de interés. Observamos ahora los resultados para el desplazamiento y el factor de seguridad en ese punto.

15.- Desplazamiento.

Figura E.2.15.- muestra los resultados de la deformación que presenta la pieza.

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16.- factor de seguridad

Figura E.2.16.-muestra el factor de seguridad resultante.

Como podemos ver el diseño preliminar ha fallado ya que el factor de seguridad está por debajo de 1 y el mínimo requerido es de 1.5, por lo tanto el siguiente paso es la optimización del diseño.

17.- optimización

Lo siguiente que haremos será cambiar el grosor del aspa de 2mm a 5mm usando un estudio paramétrico y también cambiaremos manualmente el tipo de material de acero dulce a acero de baja aleación, alta resistencia.

18.- seleccionamos la simulación en el navegador de autodesk inventor después copiar simulación.

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Figura E.2.17.- copiar una simulación.

Después de copiar la simulación, damos clic derecho sobre ella seleccionamos editar propiedades de simulación.

19.- seleccionamos el nuevo nombre para la simulación y definimos cota paramétrica.

Figura E.2.18.- muestra cómo realizar un nuevo análisis.

Esto ahora nos permitirá llevar a cabo un estudio paramétrico.

20.- vamos al navegador y seleccionamos con clic derecho la pieza ventilador.ipt y seleccionamos mostrar parámetros.

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Figura E.2.19.- muestra cómo acceder a los parámetros de la pieza.

21.- seleccionamos el parámetro grosor_aspa dentro de los parámetros de usuario.

Figura E.2.20.- muestra el cuadro de parámetros.

NOTA: el parámetro grosor_aspa es un parámetro que se creó manualmente al diseñar la pieza, este parámetro fue creado para condicionar una de las cotas en el diseño que a su vez va a condicionar el grosor de la hoja del ventilador o aspa.

22.-Ahora seleccionamos la tabla paramétrica.

23.- damos clic derecho en la fila añadir restricción de diseño.

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Figura E.2.21.-muestra como agregar una restricción de diseño.

24.- seleccionamos tensión de Von Mises, cambiamos el tipo de restricción especificando límite superior y definimos un límite de 200.

25.- añadimos una nueva restricción de diseño, ahora de desplazamiento, especificamos límite superior en el tipo de restricción y un valor de 0.5.

Figura E.2.22.- muestra las restricciones agregadas.

26.- En la parte de parámetros especificamos un valor de 2-5:4 en el campo de valores del parámetro grosor_aspa.

Figura E.2.23.- muestra el rango de los parámetros agregados.

Esto hará que se creen 3 valores adicionales: 2, 3, 4, 5.

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27.-en cualquier fila damos clic derecho y seleccionamos generar configuraciones de rango.

28.- Mueva el control deslizante para ver la hoja cambiando su espesor.

29.- vamos a configuración de malla y definimos un tamaño medio de elemento de 0.050

30.- seleccionamos vista de malla

31.- ejecutamos la simulación.

Figura E.2.24.- muestra el cuadro de dialogo para la ejecución de la simulación.

32.- seleccionamos tabla paramétrica.

Un icono rojo indica valores inaceptables basados en los límites de restricción.

Figura E.2.25.- muestra los resultados de los parámetros después de ejecutar la simulación.

El valor de tensión de von mises es engañoso ya que representa singularidades en el modelo completo y no en el área de interés que es el aspa. Para sincronizar el límite de tensión con el modelo, especifica un rango de valores de entre 0 y 200 en la barra de colores.

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33.- ahora movemos la barra deslizante para visualizar los valores dentro del rango 2-5 que previamente definimos, podemos notar en la ventana grafica que el diseño no muestra color rojo en el aspa en los valores 4 y 5 lo que indica que hay un bajo valor en el esfuerzo.

34.- movemos la barra deslizante hasta el valor 5 y cerramos la tabla paramétrica.

35.- utilizamos la herramienta sonda para visualizar los puntos de interés en el aspa, y buscamos el valor máximo de esfuerzo.

Figura E.2.26.- muestra los resultados del esfuerzo en la pieza.

Figura E.2.27.- muestra el factor de seguridad para la pieza.

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Al observar el valor del coeficiente de seguridad notamos que sigue estando por debajo del mínimo requerido. Por lo tanto la siguiente opción es utilizar un nuevo material.

36.- seleccionamos asignar material en material de anulación seleccionamos de la lista acero baja aleación, alta resistencia.

Figura E.2.28.- muestra la asignación de un nuevo material para el diseño.

37.- vamos de nuevo a la tabla paramétrica y llevamos la barra deslizante de valores del parámetro grosor_aspa hasta el valor 5, con clic derecho seleccionamos simular esta configuración.

Figura E.2.29.- muestra los resultados para los parámetros especificados.

38.- se ejecutara la simulación y a continuación podemos analizar los resultados.

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Esfuerzo máximo en el aspa:

Figura E.2.30.- muestra los resultados finales para el esfuerzo n el aspa.

Desplazamiento:

Figura E.2.31.- muestra los resultados finales para la deformación de la pieza.

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Coeficiente de seguridad:

Figura E.2.32.- muestra el coeficiente de seguridad final.

Ahora, cambiando el material, hemos alcanzado nuestra meta de tener un factor de seguridad por encima de 1.5 y un desplazamiento máximo inferior a 0.5mm. Podemos ignorar el estrés máximo, ya que se está produciendo en la placa superior, recordando que esta pala se generó al dividir la pieza, en realidad esta no existe.

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Si se realizara un análisis de tensión en el ventilador completo y no solo a un segmento de este se deben obtener resultados similares a los anteriores.

Figura E.2.33.- muestra el mallado y resultado del coeficiente de seguridad para el ventilador completo.

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SIMULACIÓN DINÁMICA CAPÍTULO V

INTRODUCCIÓN A LA SIMULACIÓN DINÁMICA EN AUTODESK INVENTOR

5.1 INTRODUCCIÓN

La simulación dinámica de Autodesk® Inventor® proporciona comandos para simular y analizar las características dinámicas de un ensamblaje en movimiento con distintas condiciones de carga. Se pueden exportar las condiciones de carga en cualquier estado de movimiento al análisis de tensión de Autodesk Inventor. La simulación revela la respuesta de las piezas desde un punto de vista estructural frente a las cargas de cualquier punto en el rango de movimiento del ensamblaje.

La simulación dinámica de autodesk inventor proporciona entonces comandos para predecir el rendimiento dinámico y las tensiones máximas antes de construir prototipos.

Figura 5.1.-ejemplo de la simulación de un mecanismo.

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5.2 OPERACIONES EN UNA SIMULACIÓN DINÁMICA

El entorno de simulación dinámica de autodesk inventor sólo funciona con archivos de ensamblaje de Autodesk Inventor® (.iam).

Con la simulación dinámica podrá:

Preparar el software para que convierta automáticamente las restricciones de coincidencia y de inserción relevantes a uniones estándar.

Acceder a una amplia biblioteca de uniones de movimiento.

Definir fuerzas y momentos externos.

Crear simulaciones de movimiento basadas en la posición, la velocidad, la aceleración y el par de torsión como funciones de tiempo en las uniones, además de las cargas externas.

Visualizar movimiento 3D mediante trazados.

Exportar gráficos de salida completos y diagramas a Microsoft® Excel®.

Transferir uniones dinámicas y estáticas, y fuerzas de inercia al análisis de tensión de Autodesk Inventor o a ANSYS WorkBench.

Calcular la fuerza necesaria para mantener la simulación dinámica en un estado de equilibrio.

Convertir restricciones de ensamblaje en uniones de movimiento.

Utilizar la fricción, el amortiguamiento, la rigidez y la elasticidad como funciones de tiempo para definir las uniones.

Usar el movimiento dinámico de piezas de forma interactiva para aplicar fuerzas dinámicas a la simulación de uniones.

Utilizar Inventor Studio para obtener un vídeo realista e ilustrativo de la simulación.

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5.3 COMANDOS DE SIMULACIÓN

Es posible simular ensamblajes móviles de gran envergadura y complejidad con cientos de piezas móviles articuladas La simulación dinámica proporciona:

Visualización interactiva, simultánea y asociativa de animaciones 3D con vectores de trayectoria, velocidad, aceleración y fuerza, y con muelles deformables.

Un comando de generación de gráficos para representar y post-procesar los datos resultantes.

5.4 SUPUESTOS DE LA SIMULACIÓN

Los comandos de simulación dinámica que proporciona Autodesk Inventor resultan muy útiles en los pasos de concepción y desarrollo, y permiten reducir el número de prototipos. Sin embargo, debido a la hipótesis utilizada en la simulación, sólo proporcionan una aproximación del comportamiento de los mecanismos reales.

5.4.1 Interpretación de los resultados de la simulación

Algunos cálculos pueden causar errores de interpretación de los resultados o generar modelos incompletos con comportamientos inusuales. En algunos casos, puede resultar imposible calcular la simulación. Para evitar estas situaciones, debe conocer las reglas relacionadas con:

Parámetros relativos Continuidad de las leyes Masas e inercia coherentes

5.4.2 Parámetros relativos

La simulación dinámica utiliza parámetros relativos. Por ejemplo, las variables de posición, velocidad y aceleración ofrecen una descripción directa del movimiento de una pieza hijo. El movimiento se realiza de acuerdo a la pieza padre correspondiente a partir del grado de libertad (GL) de la unión que las vincula. Por ello, seleccione con cuidado la velocidad inicial de un grado de libertad.

5.4.3 Masas e inercia coherentes

Asegúrese de que las condiciones del mecanismo son correctas. Por ejemplo, debe asegurarse de que la masa y la inercia de un mecanismo estén en el mismo orden de magnitudes. El error más frecuente es equivocarse en la definición de densidad o de volumen de las piezas CAD.

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5.4.4 Continuidad de las leyes

El cálculo numérico es sensible a las discontinuidades de las leyes impuestas. Así, mientras una ley de velocidad define una serie de tramos lineales, la aceleración es, por necesidad, variable. De forma similar, cuando se utilizan uniones de contacto, es mejor evitar los perfiles o contornos con aristas rectas.

5.5 TEORÍA BÁSICA DE LA SIMULACIÓN

La segunda ley de movimiento de Newton:

F = M X A dónde: ecuación 5.1

F = fuerza externa

M = masa

A = aceleración

La ley de Newton puede también ser expresada como: F = M X 𝑑𝑣𝑑𝑡

Para ambas ecuaciones, podemos determinar la aceleración como una función de la velocidad:

𝑎 = 𝑑𝑣𝑑𝑡

= 𝐹𝑀

Ecuación 5.2

Mediante la integración de la aceleración podemos determinar la velocidad:

𝑣 = 𝑑𝑥𝑑𝑡

= 𝐹𝑀 × 𝑡

Ecuación 5.3

Y mediante la integración de la velocidad podemos determinar la posición:

𝑥 = 1 2

× 𝐹𝑀𝑡2

Ecuación 5.4

Simulación dinámica calcula la aceleración, velocidad y posición de componentes/ensambles en cada instante de tiempo.

En análisis de tensión (FEA), dividimos los componentes en otros elementos triangulares/tetraédricos más pequeños, comúnmente conocido como mallas o mallado como se ilustra abajo.

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Figura 5.2.- ejemplo del mallado de una pieza.

Calculamos el equilibrio estático de cada elemento, para la estructura completa.

𝐾 × 𝑋 = 𝐹 Ecuación 5.5

K = Matriz de rigidez

X = desplazamiento de nodo

F = fuerzas externas

En simulación dinámica, dividimos el tiempo en pequeños segmentos, también conocido como imágenes.

Figura 5.3.- reproductor de la simulación dinámica.

Calculamos el equilibrio dinámico del mecanismo para cada instante de tiempo.

𝑀 × 𝐴 = 𝐹 Ecuación 5.6

M = matriz de la masa

A = aceleraciones articulares

F = fuerzas externas

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5.5.1 Flujo de trabajo de la simulación

Cuadro 5.1.- flujo de trabajo de la simulación.

Paso 1

Hay dos opciones para agrupar componentes, y ambas tienen sus ventajas y desventajas.

Opción 1: crear sub ensambles dentro del entorno del ensamble.

Desventaja: la reestructuración del sub ensamble afectara su base de datos de lista de materiales, por lo tanto puede que necesite crear un duplicado para fines de simulación.

Opción 2: soldar los componentes juntos dentro del entorno de la simulación.

Ventaja: este método no afectara su base de datos de lista de materiales.

Paso 2

El proceso de crear uniones puede ser dividido en dos etapas.

Etapa 1: crear uniones estándar Etapa 2: crear uniones no-estándar

Etapa 1: hay tres opciones para crear uniones estándar, y de nuevo, cada una tiene sus ventajas y desventajas.

• agrupar todos los componentes y ensambles sin movimiento relativo entre ellos. paso 1

• crear uniones entre los componentes que tendrán movimiento relativo entre ellos. paso 2

• crear condiciones del entorno para simular la realidad. paso 3

• analizar resultados. paso 4

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• Opción 1: usar la conversión automática de restricciones a uniones estándar. Ventaja: Este es por lejos la forma más rápida de crear uniones.

Desventajas: Puede ser muy tedioso tener que pasar por todas las uniones para convertir un

ensamble grande. No es posible reparar redundancias dentro del entorno de la simulación. No se puede crear uniones estándar dentro del entorno de la simulación, con la

excepción de uniones espaciales.

• Opción 2: usar una conversión manual de restricciones de ensamble. Ventajas:

se puede manipular el tipo de unión creada para cada restricción. Puedes crear uniones estándar dentro del entorno de la simulación. Puedes reparar redundancias para todas las uniones estándar no creadas a partir

de las restricciones.

Desventajas

este método es más lento que la opción 1.

• Opción 3: crear uniones estándar desde el principio. Ventajas: se tiene el control completo de cómo son creadas las uniones estándar. Puedes reparar redundancias para todas las uniones estándar creadas.

Desventajas:

este método es el más lento. No puedes hacer uso de restricciones de ensamble.

Etapa 2: creación de las uniones no estándar que no hacen uso de las restricciones de ensamble e incluye los siguientes tipos de uniones:

• Rodamiento • Deslizamiento • Contacto 2D • Fuerza

Nota: las uniones de rodamiento para engranes, diseñadas usando el acelerador de diseño, pueden ser creadas automáticamente.

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Paso 3

Una vez que las uniones apropiadas se han creado, el siguiente paso es simular la realidad, esto se puede hacer mediante las siguientes formas:

• Uniones- definir la posición inicial • Uniones- aplicar fricción a las uniones. • Fuerzas/torsión-aplicar cargas externas. • Imponer movimiento en las uniones predefinidas.

Posición, velocidad, aceleración (valores constantes) Grafica de entrada-Crear movimientos específicos (valores no constantes)

Paso 4

Este es el paso final en la cal se usara una gráfica de salida para analizar los resultados en las uniones, incluyendo:

Posición, velocidad, aceleración.

Reacciones

Momentos

Fuerzas de contacto

El proceso que más tiempo consume en el estudio de la simulación dinámica es el paso 2-la creación de uniones que pueden ser afectadas ampliamente por el paso 1-agrupacion de componentes. Con esto en mente, sugiero tomar la siguiente propuesta al crear uniones.

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5.6 INTERFAZ DE USUARIO

Como ya se mencionó anteriormente solo se puede acceder al entorno de la simulación dinámica desde el entorno de ensamble de archivos (* .iam)

Figura 5.4.- interfaz de usuario.

1.- navegador

2.- ventana grafica

3.- panel de herramientas

4.- reproductor de la simulación

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Figura 5.5.- vista a la interfaz de usuario y reproductor de la simulación.

herramientas Etapa del flujo de trabajo descripción

Insertar unión- para crear uniones estándar y no estándar.

Convertir restricciones- crear uniones estándar desde la selección de restricciones de ensamble entre dos componentes.

Estado del mecanismo- utilizado para determinar el estado de la movilidad y redundancia del ensamble incluyendo la reparación de redundancias en las uniones.

Fuerza -aplicación de fuerzas externas en los componentes.

Par de torsión -aplicación Paso 3

Paso 2

94

de torsión en los componentes.

Gráfico de salida- utilizada para analizar resultados que incluyen posiciones conjuntas, velocidades y aceleraciones.

Movimiento dinámico - permite al usuario comprobar el modelo antes de ejecutar la simulación completa.

Fuerza desconocida - usada para determinar fuerza, torsión, y reacciones para conocer las condiciones de la simulación.

Trazo - utilizado para calcular el seguimiento y posición final de los componentes y uniones en el gráfico de salida, velocidades y aceleraciones.

Exportar a CEF- permite la transferencia de reacciones y esfuerzos al entorno de análisis de tensión (FEA).

Publicar película- para crear un archivo de video de la simulación.

Publicar en estudio- para darle salida a su simulación como una animación/video

Paso 4

Paso 5

Paso 6

95

de altas prestaciones.

Configuración de simulación- proporciona al usuario varias funciones.

Simulador - proporciona herramientas para reproducir la simulación.

Parámetros- parámetros de la tabla.

Tabla 5.1.- muestra los comandos disponibles para la simulación con una pequeña descripción. Dichos comandos se encuentran dentro del panel de herramientas.

5.6.1 Reproductor de la simulación

Figura 5.6.- reproductor de la simulación.

1.- modo de construcción- Después de que la simulación termino, el cuadro de dialogo del modo de construcción debe ser seleccionado para poder continuar editando la simulación.

2. tiempo final- indica el tiempo final de la simulación.

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3.-tiempo de la simulación- valor de solo lectura que muestra el paso del tiempo durante la simulación.

4.-porcentaje realizado de la simulación- valor de solo lectura que muestra el porcentaje completado de la simulación.

5.- tiempo real- valor de solo lectura que muestra el tiempo real transcurrido de la simulación.

6.- filtro-normalmente el valor inicial es 1, puede ser cambiado por otro valor, si se pone en 10, la simulación ignorara todas las imágenes entre el 1 y 10 durante la reproducción de la simulación.

7.- reproducción continúa de la simulación.

8.- avanzar para poner fin a la simulación.

9.- desactivar la actualización de la pantalla para cada instante de tiempo. Puede ayudar a acelerar la simulación.

10.- reproducir la simulación.

11.- detener la simulación.

12.- reiniciar la simulación.

13.- imágenes- normalmente cuanto más alto sea el número, más precisa será la simulación, sin embargo, la simulación tardara más tiempo en ejecutarse.

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5.6.2 Configuración de la simulación

Figura 5.7.- cuadro de dialogo configuración de la simulación.

1.- convertir automáticamente restricciones en uniones estándar - Si esta seleccionado, convertirá todas las restricciones de ensamble a uniones estándar y de rodamiento para el caso de engranes, si fue diseñado usando el acelerador de diseño.

2.- advertir - cuando un ensamble se sobre restringe, una alerta aparecerá.

3.- colorear grupos móviles- asigna un color predefinido para cada componente móvil y/o sub ensamble.

4.- análisis de tensión AIP - transfiere las reacciones al entorno del análisis de esfuerzos.

5.- simulación ANSYS- prepara un archivo con todas las cargas resultantes para ANSYS designspace.

6.- localización del archivo - aquí es donde se guarda el archivo que contiene los datos de la carga.

7.- ajusta todas las posiciones de los componentes a 0.

8.- - restablece todas las posiciones de los elementos a su posición original.

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Otras configuraciones de la simulación

Figura 5.8.-configuraciones avanzadas de la simulación, localizadas en el mismo cuadro de dialogo configuración de la simulación.

1.- mostrar copyright en AVIs: muestra la información que especifiques en el archivo AVI generado.

2.-velocidad angular de entrada en rpm: Al seleccionar esta opción le permitirá especificar la velocidad de entrada en revoluciones por minuto.

3.- estructuras 3D: Define la longitud del eje Z del ensamblaje en la ventana gráfica. Por defecto, el tamaño del eje Z es igual al 20% de la diagonal del cuadro delimitador

4.- modelo de micro mecanismo.-Ajusta la precisión del modelo para que funcione mejor especialmente con valores de micro mecanismos. Si el modelo de micro mecanismo está activado, la masa o la inercia deben ser superiores a 1e-20 kg y 1e-32 kg.m2. La precisión gaussiana se establece en 1e-32.

5.- precisión de ensamblaje: Se aplica únicamente a bucles cerrados y uniones de contacto 2D.

Contacto 2D: define la distancia máxima permitida entre puntos de contacto. El valor por defecto es 1e-6m = 1 µm

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6.- precisión de solucionador: Las ecuaciones dinámicas se integran mediante un esquema de integración de Runge-Kutta de quinto orden.

7.- velocidad de captura: Este parámetro ayuda al solucionador a limitar el número de rebotes previos a los resultados del contacto.

Se aplica en la simulación de impactos de colisión. El modelo de impactos utiliza un coeficiente de restitución “e”. El valor lo especifica el usuario y puede variar entre 0 y 1.

Cuando e = 0, se produce una disipación máxima de energía.

Cuando e = 1, no se produce disipación de energía.

8.- velocidad de regularización: La regularización viene definida por el parámetro de regularización de velocidad. En los contactos 2D, se utiliza una ley de fricción real no lineal de Coulomb. En las uniones y los contactos 3D, por simplicidad y para evitar estados hiperestáticos, se utiliza una ley regularizada de Coulomb.

100

CAPITULO VI UNIONES

6.1 UNIONES

Este es probablemente el aspecto más importante de la creación de una simulación dinámica.

Conservación de los grados de libertad

Aunque ambos métodos están relacionados con la creación de mecanismo, existen algunas diferencias entre la simulación dinámica y el entorno de ensamblaje. La diferencia más elemental e importante está relacionada con los grados de libertad.

Por defecto, los componentes de Autodesk® Inventor® no tienen ningún grado de libertad. Los componentes no restringidos y no fijos del ensamblaje tienen seis grados de libertad.

Figura 6.1 muestra los grados de libertad.

En el entorno de ensamblaje, se añaden restricciones parar limitar los grados de libertad.

Figura 6.2.- las restricciones limitan los grados de libertad.

Y, en el entorno de simulación dinámica, se crean uniones para generar grados de libertad.

101

Descripción de restricciones

Por defecto, algunas restricciones presentes en el ensamblaje se convierten automáticamente en uniones durante la simulación dinámica. Esta acción elimina buena parte del trabajo que se debe realizar en la pieza al crear las uniones.

NOTA La simulación dinámica convierte las restricciones relacionadas con los grados de libertad, como Coincidencia o Insertar. Sin embargo, no convierte las restricciones relacionadas con la posición, como Ángulo.

Se describen tres puntos en para la creación de uniones:

1. Tipos de uniones 2. Proceso para la creación de uniones 3. Uniones repetidas

6.2 TIPOS DE UNIONES

En la simulación dinámica existen cinco categorías principales en las que se dividen las uniones:

1. Uniones Estándar 2. Uniones giratorias 3. Uniones Deslizamiento 4. Uniones Contacto 2D 5. Uniones Uniones de fuerza

6.2.1 Uniones estándar

Tipo de Unión Equivalencia con las restricciones de ensamble

DOF de las uniones

Revolución • Sin traslación • Rotación al

rededor del eje Z

-insertar O -eje-eje + punto-punto

1

Prismática • Traslación a

lo largo del eje Z

• Sin rotación

Cara-cara + punto-punto

1

Cilíndrica • Traslación a

lo largo del eje Z

Eje y eje O Borde y borde

2

102

• Rotación alrededor del eje Z

Esférica • Sin traslación • Rotación

sobre todos los ejes

Punto-punto 3

Plana • Traslación a

lo largo del eje X y Z

• Rotación sobre el eje Y

Cara y cara O Coincidencia y coincidencia

2

Punto-línea • Traslación a

lo largo del eje Z

• Rotación sobre todos los ejes

Punto y borde (o eje)

4

Línea-plano • Traslación a

lo largo del eje X y Z

• Rotación sobre el eje Y

Cara y borde (o eje)

3

Punto-plano • Traslación a

lo largo del eje X y Z

• Rotación sobre todos los ejes

Cara y punto (también restricción tangente)

4

Espacial • Traslación a

lo largo de todos los ejes

• Rotación alrededor de todos los ejes

Sin restricción 6

Soldadura • Sin traslación • Sin rotación

Totalmente restringido, esto es, sin DOF entre componentes.

0

Tabla 6.1.- muestra los tipos de uniones estándar disponibles y como se crean a partir de las restricciones.

103

Notas:

• Las uniones estándar pueden ser convertidas automáticamente de las restricciones de ensamble usando la herramienta convertir automáticamente restricciones en uniones estándar en la configuración de simulación.

• Con la herramienta convertir automáticamente restricciones en uniones estándar activada podrás seguir creando uniones estándar si creas restricciones de ensamble dentro del entorno de la simulación.

• La lista de restricciones de ensamblaje equivalente no es exhaustiva. • El contacto es permanente a lo largo de la simulación.

6.2.2 Uniones giratorias

Las uniones giratorias NO tienen equivalencia con las restricciones de ensamble

Cilindro sobre plano Esto permite el movimiento entre un cilindro en un plano.

Cilindro sobre cilindro Esto permite el movimiento entre dos componentes cilíndricos en direcciones opuestas, por ejemplo: engranajes.

Cilindro en cilindro Esto permite el movimiento entre un cilindro que gira dentro de otro cilindro que no gira.

Curva de cilindro Esto permite el movimiento entre un cilindro giratorio y una leva rotatoria.

Correa Esto crea movimiento de dos cilindros con la misma velocidad. Una opción permite la rotación en la misma dirección, o como una correa cruzada.

Cono sobre plano Esto permite el movimiento entre una cara cónica y una cara plana.

Cono sobre cono Esto permite el movimiento entre dos caras cónicas externas, por ejemplo, engranajes cónicos.

Cono en cono Esto permite el movimiento de un componente cónico giratorio dentro de un componente cónico fijo.

104

Tornillo Esto es lo mismo que un componente cilíndrico, pero también le permite especificar campo de juego.

Engranaje helicoidal Esto permite el movimiento entre un componente de tornillo sin fin y un componente de engranajes helicoidales.

Tabla 6.2.- muestra las uniones de tipos giratorias disponibles y como se crean a partir de las restricciones.

Notas:

• Las uniones giratorias se pueden crear automáticamente para los engranes rectos diseñado utilizando el acelerador de diseño.

• No existe deslizamiento entre componentes y el movimiento es solo en 2D. • El contacto es permanente a lo largo de la simulación.

Uniones deslizantes

Las uniones deslizantes NO tienen equivalencia con las restricciones de ensamble

Cilindro sobre plano Permite el deslizamiento entre un cilindro que no gira y un plano.

Cilindro sobre cilindro Esto permite el deslizamiento entre dos componentes cilíndricos en la que uno de los cilindros no gira.

Cilindro en cilindro Permite el deslizamiento entre un cilindro que no gira dentro de otro cilindro que tampoco gira.

Curva de cilindro Esto permite el movimiento entre un cilindro no giratorio y una leva giratoria.

Curva de punto Esto crea movimiento de un punto en uno de los componentes para permanecer en una curva, que puede ser definida por una cara (s), borde (s), o dibujo (s).

Tabla 6.3.- muestra las uniones de tipos deslizantes disponibles y como se crean a partir de las restricciones.

105

Notas:

• Puedes seleccionar dibujos, caras o bordes para crear uniones. • No hay rotación entre componentes y el movimiento es solo en 2D. • El contacto es permanente a lo largo de la simulación.

6.2.4 Uniones de contacto 2D

Las uniones de contacto 2D NO tienen equivalencia con las restricciones de ensamble.

Contacto 2D Permite el movimiento entre la curva de un componente y la curva de otro componente.

Tabla 6.4.- muestra las uniones de contacto 2D disponibles y como se crean a partir de las restricciones.

Notas:

• Puedes seleccionar dibujos, caras o bordes para crear uniones. • El movimiento es solo en 2D. • El contacto puede no ser permanente a lo largo de la simulación.

6.2.5 Uniones de fuerza

Las uniones de fuerza NO tienen equivalencia con las restricciones de ensamble.

Muelle/amortiguador/conector Permite la creación de muelles, amortiguadores o conectores.

Contacto 3D Esto le permitirá crear contactos entre dos componentes. Se basa en las fuerzas de amortiguador-muelle.

Tabla 6.5.- muestra las uniones de fuerza disponibles y como se crean a partir de las restricciones.

Notas:

• Las configuraciones de contactos 3D son muy sensibles al cambio. Sólo se debe cambiar, si es necesario, cuando el modelo no está funcionando.

• El contacto 3D sólo toma en cuenta los componentes individuales a pesar de que el sub-ensamble seleccionado. Por lo tanto crea contactos entre todos los componentes que tienen contacto con el sub-ensamble.

106

6.2.6 Flujo de trabajo optimizado para la creación de uniones

Para Grupo de componentes/sub ensambles:

Cuadro 6.1.- muestra las opciones posibles para los sub ensambles.

Crear uniones automáticamente:

Cuadro 6.2.- flujo de trabajo para la creación de uniones automáticamente.

¿le preocupa la alteración de la lista de

materiales?

no

reestructurar los componentes en el

entorno de sub ensambles dentro del entorno del ensamble.

si

soldar componentes y sub ensambles dentro

del entorno de la simulación. .

activar el entorno de la simulación dinámica si no está activado.

activar la conversión automática de restricciones a uniones en el cuadro de dialogo de la configuración de la simulación automática.

activar el cuadro de dialogo de las restricciones de ensamble presionando C. comenzará la creación de restricción de ensamble.

modifica las restricciones de ensamble para remover redundancias en las uniones estándar, ejemplo: cambiar línea - restricción de línea a punto. restricción de línea; esto cambiara la unión cilíndrica a punto. la unión de línea le dará dos grados de libertad.

Comenzar la creación de uniones no estándar manualmente, ejemplo: rodamiento, deslizamiento, contacto 2D, y uniones por fuerza.

107

6.2.7 Proceso para la creación de uniones

El proceso de creación de uniones es probablemente el que más tiempo consume dentro de la simulación, especialmente cuando se tiene un ensamble muy grande. Este proceso puede ser drásticamente optimizado al ser capaz de agrupar los componentes que no tiene movimiento relativo entre ellos. Esto se puede hacer de dos formas:

Opción 1.- reestructurar los componentes en un sub-ensamble.

Opción 2.- soldar los componentes juntos.

Una vez que se ha logrado agrupar los componentes, hay tres opciones para crear uniones estándar y algunas uniones giratorias.

Opción 3.- crear automáticamente restricciones en uniones estándar.

Opción 4.- convertir manualmente las restricciones en uniones estándar.

Opción 5.- crear manualmente uniones estándar.

A continuación se explicara por medio de ejemplos las opciones anteriores de agrupamiento de componentes y la creación de uniones.

108

Ejemplo 1: cuna de Newton

Figura 6.3.- cuna de Newton

Acciones a realizar:

• Convertir automáticamente restricciones a uniones estándar. • Reestructurar partes en sub-ensambles. • Soldar partes juntas. • Bloquear grados de libertad de las uniones.

Uniones usadas en el ejemplo 1:

• Giratorias • Esféricas • Contactos 2D

109

6.3 CONVERTIR AUTOMÁTICAMENTE RESTRICCIONES A UNIONES ESTÁNDAR

Abrir el archivo: cuna_de_Newton_modificada.iam

Figura 6.4.- muestra las restricciones existentes en el archivo.

Como se puede ver hay cinco bolas y cinco barras, y existen puntos de restricción entre las bolas y las barras y también puntos de restricción entre las barras y el cuadro. Por lo tanto hay un total de diez restricciones.

Vamos al panel de herramientas y seleccionamos entornos simulación dinámica.

Figura 6.5.- muestra las opciones disponibles dentro de la ficha entornos.

Se activara el entorno de la simulación dinámica.

110

Figura 6.6 Como se puede ver en la imagen se crearon 10 uniones estándar a partir de las restricciones de ensamble.

Nota:

• Tenga en cuenta el número de articulaciones creado no está relacionado con el número de restricciones.

Para que la cuna de Newton funcione correctamente cada bola con su respectiva barra deben moverse juntas sin movimiento relativo entre ellos. Teniendo esto en mente, podemos reestructurar la bola junto con la barra en un sub-ensamble, con lo cual podemos simplificar el proceso de crear uniones.

Cerrar el archivo: cuna_de_Newton_modificada.iam

111

6.4 REESTRUCTURANDO PARTES EN SUB ENSAMBLES

Abrir el archivo: cuna_de_Newton_modificada2.iam

Figura 6.7 muestra los componentes reestructurados.

Ahora reestructurando los componentes tenemos cinco sub-ensambles cada uno contiene una barra y una bola.

De nueva cuenta vamos al panel de herramientas entorno simulación dinámica.

Ahora como podemos observar en el navegador de la simulación dinámica al reestructurar los componentes en sub-ensambles y al pasar al entorno de la simulación dinámica se han creado solos cinco uniones estándar, la mitad de las uniones creadas sin la reestructuración.

112

Figura 6.8 muestra el mecanismo en el entorno de la simulación dinámica.

Reestructurando los componentes en sub-ensambles, como en este ejemplo, se afectara la lista de materiales, en lugar de tener cinco bolas y cinco barras tendrás cinco sub-ensambles. Si no se quiere afectar la lista de materiales o crear otro ensamble para propósitos de simulación, la única solución disponible es soldar los componentes juntos dentro del entorno de la simulación, y después crear las uniones manual o automáticamente.

Cerrar el archivo: cuna_de_Newton_modificada2.iam

6.5 SOLDAR PARTES

En algunos casos, puede resultar conveniente que determinadas piezas se desplacen como un cuerpo rígido y no se requiere una unión. En lo que respecta al movimiento de estas piezas, el cuerpo soldado funciona como un sub ensamblaje que se desplaza en una cadena de restricciones de un ensamblaje padre. Del mismo modo, en otras situaciones, los componentes que integran el grupo soldado necesitarán grados de libertad para el desplazamiento en la simulación.

113

Abrir el archivo: cuna_de_Newton_modificada3.iam

Vamos al panel de herramientas y seleccionamos entornos simulación dinámica.

Figura 6.9 muestra como todos los componentes están fijos inicialmente.

Como podemos observar todos los componentes están fijos y no hay ninguna unión definida entre ellos, además de que la herramienta convertir automáticamente restricciones en uniones estándar esta desactivada. Esto es importante porque no se pueden soldar componentes si ya existen algunas uniones definidas entre ellos.

Figura 6.10 muestra como simular un conjunto de piezas soldadas.

114

Ahora vamos al navegador de la simulación y seleccionamos bola: 1 y barra: 1 damos clic derecho y seleccionamos piezas de soldadura.

Como podemos notar ambos componentes son soldados como uno solo. Esto es simular a reestructurar los componentes juntos como un sub-ensamble pro sin afectar la lista de materiales.

Figura 6.11 muestra el grupo soldado recién creado.

Nota:

No se puede utilizar la herramienta convertir automáticamente restricciones en uniones estándar, porque esta no tomara en cuenta que se tiene soldado manualmente los componentes. Por lo tanto lo siguiente es convertir las restricciones en uniones manualmente, usando la herramienta convertir restricciones.

115

6.6 BLOQUEAR GRADOS DE LIBERTAD (DOF)

Abrir el archivo: cuna_de_Newton_modificada4.iam

Figura 6.12.- Veremos que hay cinco bolas y cinco barras todos estos elementos reestructurados en sub-ensambles, también se observa que existen solo una restricción (punto-punto) entre la barra y el cuadro.

Vamos al panel de herramientas Seleccionamos entornos simulación dinámica.

116

Figura 6.13.- Como notaremos se crearon automáticamente cinco uniones esféricas debido a la restricción punto-punto que existía entre la barra y el cuadro.

Ahora vamos a modificar estas uniones esféricas que se comportan como uniones de revolución sin necesidad de crear más restricciones de ensamblaje.

Seleccionamos las cinco uniones y damos clic derecho seleccionamos propiedades.

Figura 6.14.- muestra como modificar las uniones.

117

Seleccionamos la ficha grados de libertad 2(R) bloqueamos la posición como se muestra.

Figura 6.15.- cuadro de dialogo en el cual se puede modificar la configuración de las uniones.

Con esto solo acabamos de bloquear la rotación de este grado de libertad.

Tambien seleccionamos grado de libertad 1(R) boqueamos la posicion como se hizo anteriormente.

Con esto estamos bloqueando otra rotación de la unión esférica. Esto hará que la unión esférica se comporte como una unión de revolución.

118

Figura 6.16.- muestra bloqueada la posición del grado de libertad 1(R)

Todas las uniones tienen ahora asignado un símbolo (#), lo que significa que las uniones tienen bloqueados grados de libertad.

Figura 6.18.-muestra las uniones con grados de libertad bloqueados.

Con estos sencillos ejemplos se espera que se pueda apreciar que con sólo la reestructuración de los componentes en sub-ensambles y componentes soldados juntos se puede tener un impacto significativo en el número de uniones creadas.

Cerrar el archivo: cuna_de_Newton_modificada4.iam

119

Ejemplo 2: mecanismo de retorno rápido Whitworth

Figura 6.19.- mecanismo de retorno rápido Whitworth

Flujo de trabajo:

• Convertir automáticamente uniones estándar y uniones giratorias. • Crear otras uniones no estándar.

Nota: las uniones giratorias solo pueden ser convertidas automáticamente a partir de engranes que han sido creados con el acelerador de diseño.

6.7 CONVERTIR AUTOMÁTICAMENTE UNIONES ESTÁNDAR EN UNIONES GIRATORIAS

Aquí, vamos a crear uniones automáticamente a partir de restricciones de ensamblaje y tratar de analizar cómo la simulación dinámica crea las uniones.

Abrir el archivo: mecanismo_RR_whitworth.iam

120

Figura 6.20.- muestra como aparece el mecanismo al abrir el archivo en autodesk inventor.

En el navegador podemos observar que cuatro partes del ensamble están fijas, y los componentes restantes están restringidos principalmente por la restricción insertar (la unión equivalente es revolución).

Ahora seleccionamos entornos del panel de herramientas simulación dinámica.

Primeramente podemos notar que los componentes que estaban fijos en el entorno de ensamble al pasar al entorno de la simulación dinámica permanecen fijos. El resto de los componentes incluyendo el sub-ensamble que contiene los engranes forman parte del grupo móvil; esto es porque las restricciones de ensamble entre estos componentes tienen que ser convertidos automáticamente a uniones estándar y uniones giratorias.

En la simulación dinámica al convertir las restricciones en uniones giratorias de engranes que fueron creados con el acelerador de diseño no se altera la jerarquía de las subcarpetas creadas por el acelerador de diseño.

121

Figura 6.21.- muestra las uniones creadas automáticamente para el mecanismo.

La razón por la cual son convertidas las restricciones de ensamble en uniones automáticamente es porque la herramienta convertir automáticamente restricciones en uniones estándar esta activada. Se puede ver dando clic en la configuración de simulación en el panel de herramientas.

122

Figura 6.22.-cuadro de dialogo configuración de simulación dinámica.

El siguiente paso es analizar las uniones creadas automáticamente a partir de las restricciones de ensamble.

• Unión Revolución: 3 – esta unión se creó tal como se predijo. • Grupo soldado2 (welded group2) –no es como se había predicho, se esperaba una unión

de revolución, en cambio se creó un grupo soldado entre dos componentes como si ellos estuvieran soldados en la realidad.

• Unión punto-línea: 4-no es como se había predicho, se esperaba que se creará una unión de revolución, sin embargo se creó una unión punto-línea creando tres grados de libertad extra entre dos componentes.

La única explicación para esto es evitar la creación de uniones redundantes (sobre-restringir), la simulación dinámica ha creado las uniones y grupos soldados, como se ilustra a continuación. Las uniones redundantes se analizan en detalle más adelante.

123

Figura 6.23.- muestra la relación entre las uniones creadas y las restricciones de ensamble.

124

La única manera de alterar las uniones convertidas es modificar las restricciones de ensamblaje y este proceso puede ser muy tedioso, especialmente para un ensamblaje grande con uniones redundantes.

Otra opción es convertir uniones manualmente, pero esta opción esta desactiva cuando la opción de convertir automáticamente restricciones en uniones estándar esta activada. Esta opción te da mayor control de cómo crear uniones y este proceso será mostrado en el ejemplo 3.

Figura 6.24.- muestra desactivada la herramienta convertir restricciones.

6.8 CREAR UNIONES NO ESTÁNDAR

Ahora crearemos una unión más de tipo deslizante para completar el mecanismo.

Figura 6.25.- muestra la herramienta insertar unión.

Seleccionamos de la lista deslizamiento: cilindro sobre plano.

Figura 6.26.- muestra el cuadro de dialogo para insertar una unión.

125

Para seleccionar el plano, seleccionamos un borde de la pieza barra_ranurada.

Figura 6.27.- muestra el borde seleccionado para establecer la unión.

Seleccionamos el botón cilindro para el componente 2 seleccionamos el borde del engrane más grande como se ilustra.

Figura 6.28.- muestra el borde seleccionado para terminar de establecer la unión.

126

Clic OK y la unión será creada.

Figura 6.29.- muestra la nueva unión creada.

Cerrar el archivo: mecanismo_RR_whitworth.iam

Ejemplo 3: mecanismo deslizante.

Figura 6.30.- mecanismo deslizante

Flujo de trabajo del ejemplo 3:

• Convertir manualmente las restricciones de ensamble en uniones estándar. • Reparar uniones redundantes.

127

Uniones usadas en el ejemplo 3:

• Revolución • Punto-línea • Prismática

6.9 CONVERTIR MANUALMENTE UNIONES ESTÁNDAR A PARTIR DE LAS RESTRICCIONES DE ENSAMBLE

En este ejemplo se mostrará cómo crear uniones estándar manualmente a partir de las restricciones de ensamble.

1.- Abrir el archivo: mecanismo_deslizante.iam

Figura 6.31.- muestra todas las partes y restricciones creadas al abrir el archivo en autodesk inventor.

2.- Vamos al panel de herramientas, seleccionamos entornos simulación dinámica.

128

Figura 6.32.- muestra las piezas del mecanismo, como podemos ver todas están fijas.

Notaremos en el navegador que ninguna unión ha sido creada automáticamente, esto se debe que el comando convertir automáticamente restricciones en uniones estándar esta desactivada.

El siguiente paso será convertir las restricciones:

Figura 6.32.- muestra la herramienta convertir restricciones.

3.- Seleccionamos convertir restricciones en el panel de herramientas.

4.- Ahora en el cuadro de dialogo convertir restricciones de ensamblaje que aparecerá seleccionamos los componentes soporte y base como se muestra en la figura. Como se observará después de seleccionar dichos componentes la simulación sugiere una unión de revolución entre ambas piezas, esto se debe a que entre ellas existe una restricción de ensamble insertar, la cual tiene como equivalente la unión de revolución al pasar al entorno de la simulación dinámica.

129

Figura 6.33.-se muestra en el cuadro de dialogo la unión sugerida basada en la restricción existente entre dos componentes del mecanismo.

Figura6.34.- muestra la restricción asociada a ambos componentes.

130

5.- Damos clic en aplicar, automáticamente se creara la unión y se quedara el cuadro de dialogo abierto para continuar creando uniones.

Observamos que la unión de revolución entre las piezas base y soporte se creó dentro de las uniones estándar.

Figura 6.35.- muestra la unión creada.

En el proceso de crear esta unión también se generó un grupo móvil que incluye la pieza soporte, la razón por la cual solo la pieza soporte se hizo móvil es porque el componente base se encuentra fija desde el entorno de ensamble y permanece fijo en el entorno de la simulación dinámica.

Figura 6.36.- muestra el grupo móvil creado automáticamente al crear una unión.

6.- Ahora seleccionamos los componentes soporte y conector para crear una segunda unión, la simulación de nueva cuenta detecta las restricciones de ensamble (dos en este caso) y como resultado sugiere una unión de revolución.

131

Figura 6.37.- muestra la unión sugerida en el cuadro de dialogo basada en las restricciones existentes.

Si deseleccionamos la restricción de concidiencia:3 dentro del cuadro de dialogo la unión sugerida cambia de revolución a cilíndrica, esto se debe a que la restricción de coincidencia:1 es una restricción eje-eje lo cual solo permite la traslación y rotación a lo largo de ese eje.

Figura 6.38.- muestra la unión sugerida en el cuadro de dialogo al eliminar una de las restricciones.

132

Si seleccionamos la restricción de coincidencia:3 y quitamos la restricción de coincidencia:1 la unión sugerida cambiará ahora a una unión plana, esto se debe a que la restricción de coincidencia:3 es de tipo cara-cara la cual solo permite el movimiento en el plano 2D.

Figura 6.39.- muestra la unión sugerida al eliminar una de las restricciones existentes.

Al seleccionar ambas restricciones se limitara aún más el movimiento entre los componentes, así como los grados de libertad de tales componentes.

7.- Seleccionamos ambas restricciones seleccionamos aplicar

8.- seleccionamos los componentes conector y barra_deslizante para crear una unión cilíndrica la cual también es sugerida debido a que existe una restricción de tipo eje-eje.

133

Figura 6.40.- muestra la unión sugerida en el cuadro de dialogo con respecto a la restricción existente entre los dos componentes.

9.- Finalmente seleccionamos los componentes base y barra_deslizante seleccionamos aceptar.

Figura 6.41.- muestra la unión sugerida basándose en las restricciones existentes entre dos componentes.

134

Existen dos restricciones entre ambos componentes nivelación:4 que es una restricción cara-cara y la restricción coincidencia:4 la cual es una restricción de tipo borde-borde, por lo tanto la simulación sugiere una unión de tipo prismático.

10.- Damos clic en aceptar en el cuadro de advertencia que aparecerá.

Figura 6.41.- se muestra el cuadro de advertencia.

Un total de cuatro uniones han sido creadas.

Figura 6.42.-muestra la redundancia en el sistema.

Nota:

Al aceptar el cuadro de advertencia anterior la unión cilindrica:3 se ha convertido en una unión redundante. Esto significa que la unión esta sobre restringida por dos grados de libertad como se mencionó en la advertencia.

El fenómeno de redundancia se verá más adelante, pero mientras tanto, veremos cómo podemos eliminar la redundancia para esta unión.

Para resolver la unión cilíndrica: 3 del ejemplo podemos hacer lo siguiente:

a. Alterar la unión / restricción para permitir un mayor grado de libertad;

135

b. Alterar alguna de las otras uniones; o c. Utilizar el botón de reparación de redundancias para resolver automáticamente el

problema.

Utilizaremos la opción a, debido a que la opción c no está disponible porque las uniones se crearon a partir de las restricciones de ensamble.

11.- Vamos al panel de herramientas seleccionamos estado del mecanismo.

Figura 6.43.- estado del mecanismo y redundancias.

136

12.- Damos clic en el signo de exclamación para determinar una posible solución.

Figura 6.44.- muestra el signo de exclamación que indica redundancias.

Figura 6.45.- cuadro de advertencia.

Una advertencia aparecerá la cual nos dice que la unión redundante no puede ser reparada automáticamente, debido a que es una unión trasladada solo puede ser reparada editando la restricción. También sugiere que mediante el uso de una unión punto- línea el modelo no tendrá redundancias. Una restricción punto-línea es básicamente una articulación esférica, con un grado de libertad de traslación.

13.-Damos clic en aceptar.

14.- Vamos al navegador y expandimos la unión cilíndrica: 3 después seleccionamos la restricción coincidencia:2 damos clic derecho y seleccionamos editar.

Figura 6.46.- muestra como editar una restricción dentro del entorno de la simulación dinámica.

137

15.- En el cuadro de dialogo editar restricción damos clic en la 2da selección seleccionamos un borde de la pieza barra_deslizante como se muestra en la fiura.

Figura 6.47.- muestra el nuevo borde seleccionado para la restricción que se está editando.

La unión cilíndrica: 3 será cambiada por una unión punto-línea: 3, con esto ya no existe ninguna unión redundante.

Figura 6.48.- muestra que ya no existe redundancia en el mecanismo.

16.- Cerrar ale archivo.

138

6.10 CREAR UNIONES MANUALMENTE

EJEMPLO 4: cámara de diseño

Figura 6.49.- cámara de diseño.

Flujo de trabajo del ejemplo 4:

• Crear manualmente uniones estándar • Soldar componentes • Continuar creando uniones manualmente

Uniones usadas:

• Revolución • Cilíndrica • Punto-plano

En este ejemplo se crearan uniones manualmente usando la herramienta insertar unión. Con esto se espera que se comprenda mejor cómo funcionan las uniones.

139

1.- Abrir el archivo: cámara.iam

Figura 6.50.- muestra las piezas y el mecanismo ensamblado.

2.- Vamos al panel de herramientas y seleccionamos entornos simulación dinámica.

Figura 6.51.- muestra las piezas en el navegador de la simulación.

Todos los componentes se encuentran dentro del nodo fijo, esto se debe a que no existe ninguna unión creada o aplicada entre ninguno de los componentes, además note que el comando convertir automáticamente restricciones en uniones estándar esta desactivado.

140

3.- seleccionamos insertar unión del panel de herramientas.

Figura 6.52.- muestra el cuadro de dialogo insertar unión.

Por defecto la unión revolución aparece en el cuadro de diálogo.

4.- seleccionamos el eje rotatorio como componente 1 como se muestra en la figura:

Figura 6.53.- muestra la pieza seleccionada para la unión.

141

Al seleccionar el eje como se mostró, el origen de la unión se encuentra en el centro de este. Si queremos mantener la posición del eje, también necesitamos especificar el origen de la unión.

5.- Haga clic en plano de trabajo, como se muestra para definir el origen del eje de la unión para el Componente 1.

Figura 6.54.- muestra el plano de trabajo que será el origen de la unión.

6.- seleccionamos el botón para el componente 2 y seleccione la cara superior del soporte como se muestra:

Figura 6.55.- muestra la cara seleccionada para el componente 2.

142

7.- Seleccionamos el borde del soporte como se muestra para definir el origen de la unión.

Figura 6.56.- muestra el origen y dirección de la unión.

Nota: ambos ejes tienen el mismo origen pero el eje Z está en dirección opuesta, necesitamos invertir la dirección del eje Z para el componente 2. De lo contrario los componentes no se mantendrán en su posición original.

8.- seleccionamos el botón cambiar de dirección Z. seleccionamos aceptar

Figura 6.57.- muestra el cambio en la dirección de los vectores para el componente 2.

143

Se crea la unión de revolución: 1 bajo el nodo de uniones estándar.

Figura 6.58.- muestra la nueva unión creada.

9.- de nuevo utilizamos la herramienta insertar unión para crear una nueva unión de revolución.

10.- para el componente 1 seleccionamos el borde del componente como se muestra en la figura:

Figura 6.59.- muestra el cuadro de dialogo insertar unión y el borde seleccionado para el componente 1.

11.- seleccionamos el botón para el componente 2 y seleccionamos el borde del componente 2 como se muestra:

144

Figura 6.60 muestra el borde seleccionado para el componente 2.

El origen del eje y la alineación del eje Z esta correcta, al seleccionar los bordes del componente también se define el origen de la unión.

12.- damos clic en aplicar

La unión de revolución: 2 es creada bajo el nodo de uniones estándar.

Figura 6.61 muestra la unión creada.

13.- el cuadro de dialogo insertar unión, seleccionamos unión cilíndrica del menú desplegable como se muestra a continuación:

145

Figura 6.62.- selección de una unión cilíndrica en el cuadro de dialogo insertar unión.

14.- seleccionamos la cara del componente como se muestra para definir el eje Z del componente 1.

Figura 6.63.- muestra como establecer la dirección de la unión para el componente 1.

Como la pieza se encuentra en una posición cerrada, también necesitamos definir el origen, así el componente no se moverá.

15.- seleccionamos el plano de trabajo como se muestra para definir el origen.

146

Figura 6.64.- muestra el plano seleccionado para establecer el origen de la unión.

16.- seleccionamos el botón para el componente 2 y seleccionamos el borde como se muestra para definirlo:

Figura 6.65.-muestra el borde seleccionado para el componente 2.

147

Ambos ejes tienen el mismo origen pero el eje Z tiene dirección opuesta, por lo tanto hay que invertir el sentido del eje Z para el componente 2.

Figura 6.66.- muestra la dirección de la unión para el componente 2.

18.- damos clic en aceptar.

La unión cilíndrica: 3 también es creada bajo el nodo de uniones estándar como se muestra:

Figura 6.67.- muestra las uniones creadas en el navegador.

Soldar componentes

19.- seleccionamos los componentes cam_eje, cam_perno y seguidor damos clic derecho y seleccionamos piezas de soldadura como se muestra:

148

Figura 6.68 muestra los componentes que serán soldados.

Como las piezas seleccionadas tienen el mismo movimiento relativo y no estamos interesados en la reacción entre estos componentes, podemos considerarlos como una parte (o como parte de un grupo soldado). Esto es lo mismo que crear sub-ensambles dentro del entorno de ensamblaje, la simulación dinámica tratará los sub-ensambles como un solo componente.

20.- damos clic en piezas de soldadura y el grupo soldado será creado:

Figura 6.69.- muestra el grupo soldado.

21.- seleccionamos nuevamente insertar unión del panel de herramientas.

22.- seleccionamos el borde de la pieza cam_eje como se muestra para definir el eje Z del componente 1:

149

Figura 6.70.- muestra el cuadro de dialogo insertar unión y el borde seleccionado para el componente 1.

2.- Seleccionamos el botón para el componente 2 y seleccionamos el borde del componente como se muestra:

Figura 6.71.- muestra el borde seleccionado para el componente 2.

24.- damos clic en aplicar y una nueva unión cilíndrica será creada:

150

Figura 6.72.- muestra las uniones creadas.

Nota: asegúrate que los ejes Z de los componentes tengan la misma dirección.

25.- del cuadro de dialogo insertar unión seleccionamos punto-plano del menú desplegable como se muestra:

Figura 6.73.- muestra la unión seleccionada.

26.- seleccionamos el borde de la pieza cam_ejevalvula como se muestra para definir el eje Z del componente 1:

Figura 6.74.- muestra el borde seleccionado para el componente 1.

151

27.- seleccionamos el botón del componente 2 para definirlo seleccionamos el punto del componente 2 como se muestra:

Figura 6.74.- muestra el punto seleccionado para el componente 2.

Nota: pude ser necesario que se tenga que hacer visible el puto de trabajo para poder seleccionarlo.

La dirección del eje Z está invertido por lo tanto necesitaremos cambiar su dirección.

28.- seleccionamos el botón de cambiar dirección Z para el componente 2.

Figura 6.75.- muestra el cambio de dirección para el eje Z.

152

29.- damos clic en aplicar y la nueva unión será creada.

Figura 6.76 muestra la unión creada dentro del nodo uniones estándar.

Nota: no es necesario crear una unión del otro lado del componente CO2

30.- nuevamente seleccionamos unión punto- plano del cuadro de dialogo insertar unión.

31.- seleccionamos el borde de la pieza cam_eje como se muestra a continuación para definir la dirección Z del componente 1:

Figura 6.77.- muestra el borde seleccionado para el componente 1 para la nueva unión.

153

32.- seleccionamos el botón para el componente 2 seleccionamos el punto de trabajo como se muestra en la imagen:

Figura 6.78.-muestra el punto seleccionado para el componente 2.

Los ejes X de ambas piezas apuntan en direcciones opuestas, necesitamos alinearlos para que tengan la misma dirección.

33.- seleccionamos el botón cambiar dirección X para el componente 2.

154

Figura 6.79.- muestra el cambio de dirección para el eje X del componente2.

34.- damos clic en aceptar.

Ahora tenemos seis uniones en total:

Figura 6.80.- muestra todas las uniones creadas.

35.- cerrar el archivo.

155

6.11 UNIONES REDUNDANTES

La redundancia en uniones ocurre cuando un ensamble o mecanismo se sobre restringe como resultado de aplicar o crear uniones. Esto hace al ensamble estáticamente indeterminado. Lo que significa que el ensamble tiene un número infinito de soluciones para los tipos de uniones y por lo tanto para las fuerza de reacción. Para explicar este concepto se utilizara un ensamble de una puerta con un marco. Las puertas de la mayoría de las casas residenciales tienen al menos dos bisagras, y algunas puertas de alta seguridad tendrán por lo menos tres bisagras.

Figura 6.81.-puerta y marco.

El ensamble de este ejemplo consta de dos partes solamente, la puerta y el marco. Todos los componentes sin restricciones, tienen seis grados de libertad, y aplicando uniones, limitaremos el movimiento, bloqueando los grados de libertad. En la mayoría de los ejemplos de marco de puerta el marco esta, normalmente, completamente fijo a las paredes por lo tanto, se bloquearan todos los grados de libertad. El equivalente a esto en Inventor y la Simulación es fijar el componente. Sin embargo la puerta está fijada al marco por una serie de bisagras, las cuales limitaran el movimiento de las puertas permitiendo solo un grado de libertad (rotación) permitiendo a la puerta abrir y cerrar. La unión equivalente que simula la acción de una bisagra es la unión de revolución.

Figura 6.81.- muestra el tipo de unión utilizada.

156

Teniendo esto en mente, se intentara a continuación fijar el marco y aplicar una unión de revolución en cada posición donde estaría situada una bisagra, inicialmente aplicaremos dos uniones de revolución para el siguiente ejemplo:

1.- abrir el archivo: puerta_marco.iam

Figura 6.82.- muestra el archivo abierto en autodesk inventor con todos sus componentes.

Seis restricciones han sido creadas para este ensamble, como resultado el ensamble está sobre restringido, La razón de esto es que no se tendrá que crear más restricciones para este ejercicio.

Nota: el marco esta fijo por defecto debido a que es la primera pieza en el ensamble y automáticamente se fija en el entorno de ensamble, por lo tanto ya no hay necesidad de fijarlo de nuevo. Además existe una pareja de restricciones en cada posición donde estarán las bisagras:

• Borde-borde • Punto-punto

2.- vamos al panel de herramientas seleccionamos entornos simulación dinámica.

En el navegador de la simulación, todos los componentes están fijos. A este nivel, ya podemos elegir entre crear uniones automáticamente o convertir las restricciones de ensamble, obviamente la forma más rápida es la primera opción.

157

3.- seleccionamos configuración de simulación en el panel de herramientas.

4.- dentro del cuadro de dialogo seleccionamos convertir automáticamente restricciones en uniones estándar damos clic en aceptar.

Figura 6.83.- muestra las restricciones entre la puerta y el marco.

Una unión soldadura ha sido creada como resultado de sobre restringir el ensamble (6 en total, normalmente serian solo 3 restricciones máximo). Como esta unión ha soldado los compontes, no hay movimiento relativo entre ellos, por lo tanto tendremos que desactivar la herramienta convertir automáticamente restricciones en uniones estándar para convertir la uniones a partir de las restricciones de ensamble.

5.- de nueva cuenta vamos al panel de herramientas quitamos la selección de la herramienta convertir automáticamente restricciones en uniones estándar. Damos clic en aceptar.

Figura 6.84.- muestra ambos componentes fijados.

Note que las uniones fueron eliminadas y los componentes quedaron fijos como se encontraban al iniciar la simulación.

6.- seleccionamos convertir restricciones.

158

7.- seleccionamos el marco y después la puerta cuando el cuadro de dialogo aparezca.

En el cuadro de dialogo convertir restricciones de ensamble todas las restricciones entre la puerta y el marco serán seleccionadas y ninguna unión será trasladada. Además, un cuadro de advertencia aparecerá, porque hay seis restricciones entre solo dos componentes.

Figura 6.85.- cuadro de advertencia.

8.- damos clic en aceptar en el cuadro de advertencia.

9.- quitamos la selección de todos los componentes excepto bisagra superior y bisagra superior 2 damos clic en aceptar.

Ningún cuadro de advertencia aparecerá ahora.

Figura 6.86.-cuadro de dialogo convertir restricciones de ensamblaje.

10.-damos clic en aceptar.

159

Como resultado de la restricción borde-borde y punto-punto la simulación ha creado una unión de revolución, como era esperado.

Figura 6.87.- muestra la nueva unión creada.

Ahora necesitamos crear una unión de revolución para simular la bisagra del centro.

11.- repetimos los del 6-9, solo que ahora seleccionamos las restricciones bisagra media y bisagra media 2 como se muestra:

Figura 6.88.- muestra las restricciones seleccionadas dentro del cuadro de dialogo para crear otra unión de revolución.

12.- damos clic en aceptar.

Un cuadro de advertencia aparecerá:

160

Figura 6.89.- cuadro de advertencia.

Al aceptar el cuadro de advertencia una unión redundante será creada.

Figura 6.90.- muestra la redundancia en el mecanismo.

Así que la pregunta es: ¿Por qué tenemos uniones redundantes si la mayoría de las puertas tiene por lo menos dos bisagras (por lo tanto dos uniones de revolución)?. Examinemos la tabla de abajo:

(DOF) grados de libertad

Tipo de unión DOF removidos DOF resultantes

Marco 3 de rotación y 3 de traslación

fijo -6 0

puerta 3 de rotación y 3 de traslación

Revolución 1 -5 1

Revolución 2 -5 1-5 Aplicando una segunda unión de revolución a la puerta estaremos sobre restringiendo en:

-4

Tabla 6.6.- muestra los grados de libertad para cada componente.

Al analizar el cuadro anterior podemos, la puerta solo parece necesitar una sola unión de revolución para trabajar apropiadamente, como la resultante de los grados de libertad es uno (revolución), esto le permite a la puerta abrir y cerrar.

La Simulación dinámica no puede simular deformidades en los componentes cuando se ejerce una fuerza lo suficientemente grande en ellos, y en segundo lugar, las uniones creadas son tan perfectas, que ya que no permite la fabricación de tolerancias / imperfecciones y separaciones.

161

Así que por tal razón, la segunda unión creada se convierte en redundante, y la fuerza de reacción producida no será única y más importante aún puede ser impredecible, si la redundancia en el modelo no es removida. A parte de estas fuerzas, todos los resultados son únicos y totalmente predecibles.

En esta etapa, tenemos tres opciones:

Opción 1: simular la puerta y el marco usando solo una unión de revolución.

• Ventaja: no crearemos redundancias en el modelo y el resultado será único. • Desventaja: Este método creará momentos innecesarios que no se producirían con dos

uniones de revolución.

Opción 2: simular la puerta y el marco usando dos uniones de revolución.

• Ventajas: 1.-tendremos reacciones iguales en ambas uniones 2.-No habrá momentos innecesarios como sucedería al usar una sola unión

• Desventajas: este método creara un modelo redúndate. •

Opción 3: modelar el marco y la puerta usando dos uniones que no recaigan en redundancias.

• Ventajas: crearemos un modelo sin redundancia y el resultado será único. • Desventajas: El éxito de este modelo depende de la dirección de la carga. Esto se explica

más adelante.

Para ir a través de cada una de las opciones anteriores, vamos a determinar las reacciones en cada unión como resultado de la gravedad y la masa de la puerta.

Como ya tenemos creadas dos uniones de revolución (opción 2), determinaremos las reacciones y los momentos para estas uniones primero.

13.- reproducimos las simulación seleccionamos grafico de salida del panel de herramientas.

Figura 6.91.- muestra la herramienta grafico de salida.

14.- seleccionamos las fuerzas para ambas reacciones para mostrar las fuerzas de reacción en las bisagras debido a la masa de la puerta y la gravedad.

162

Figura 6.91.- grafico de salida.

A pesar de ser un modelo redundante, las fuerzas de reacción son correctas como era de esperarse el 50% del peso distribuido a través de cada una de las bisagras.

• La masa de la puerta es de 69kg. • La gravedad es de 9.81 m/s^2 • Por lo tanto el peso de la puerta es 69 X 9.81 = 676.89 N. • La mitad de esto es 338.445 N

15.- minimizamos el grafico de salida.

16.- seleccionamos modo de construcción.

Figura 6.92.- reproductor de la simulación.

163

17.-Borramos ambas uniones de revolución (opción 1).

Ahora crearemos un modelo no redundante, usando solo una unión de revolución.

(DOF) grados de libertad

Tipo de unión DOF removidos DOF resultantes

Marco 3 de rotación y 3 de traslación

fijo -6 0

puerta 3 de rotación y 3 de traslación

Revolución 1 -5 1

Total de grados de libertad: 1 Tabla 6.7.- muestra los grados de libertad para ambos componentes.

18.- seleccionamos convertir restricciones para crear una sola unión que simulara la bisagra del centro.

Nota: necesitaras aceptar varias veces el cuadro de advertencia.

6.93.- cuadro de dialogo convertir restricciones de ensamblaje.

19.- Damos clic en aceptar y la unión será creada.

164

Figura 6.94.- muestra la unión de revolución creada.

20.- volvemos a reproducir la simulación y maximizamos el grafico de salida.

Figura 6.95 grafico de salida.

A pesar de solo haber utilizado una sola unión de revolución, la reacción máxima evaluada es correcta 677 N, a pesar de que la solución no crea ninguna redundancia, esto no representa la

165

realidad muy precisamente, debido a que la mayoría de las puertas tienen dos o más bisagras o uniones. También puede crear momentos adicionales que de otra forma no se presentarían.

21.- minimizamos el grafico de salida y seleccionamos modo de construcción.

22.- borramos la unión creada.

Ahora realizaremos la opción 3 creando una unión esférica y una unión punto-línea.

(DOF) grados de libertad

Tipo de unión DOF removidos DOF resultantes

Marco 3 de rotación y 3 de traslación

fijo -6 0

puerta 3 de rotación y 3 de traslación

esférica -3 3

Punto-línea -2 1 Total de grados de libertad: 1

Tabla 6.8.- muestra los grados de libertad para el mecanismo.

23.- seleccionamos convertir restricciones del panel de herramientas.

24.- seleccionamos el marco y la puerta, y en el cuadro de dialogo, seleccionamos solo la restricción bisagra superior 2 damos clic en aplicar.

Figura 6.96.- cuadro de dialogo convertir restricciones de ensamblaje.

166

Nota: necesitaras dar clic en aceptar varias veces el cuadro de advertencia que aparecerá.

25.- seleccionamos de nueva cuenta el marco y la puerta, y en el cuadro de dialogo, seleccionamos solo la restricción bisagra inferior 2 damos clic en aplicar.

Figura 6.97.- cuadro de dialogo convertir restricciones de ensamblaje.

Nota: necesitaras dar clic en aceptar varias veces el cuadro de advertencia que aparecerá.

26.- aceptamos el cuadro de advertencia que aparecerá.

Como resultado de aceptar el cuadro de advertencia, tenemos ahora un modelo redundante, sobre restringido con un grado de libertad.

27.- con clic derecho sobre la restricción bisagra inferior 2 seleccionamos editar.

167

Figura 6.98.- muestra como editar la restricción dentro del entorno de la simulación dinámica.

28.- seleccionamos el botón para el componente 2 en el cuadro editar restricción y seleccionamos el borde como se muestra.

Figura 6.99.- muestra la modificación de la restricción bisagra inferior 2.

29.- Damos clic en aceptar.

Ahora, con esto la unión cambia a punto-línea y el modelo ya no tiene redundancias.

30.- reproducimos la simulación.

168

31.- maximizamos el grafico de salida y seleccionamos las fuerzas en las uniones para mostrar los resultados.

Figura 6.100.- grafico de salida.

Los resultados no son los esperados ya que no están simétricamente distribuidos a través de cada articulación. La razón de esto es que la unión esférica superior ha tomado la mayor parte de la reacción, comparada con la unión inferior que toma mucho menos. Esto es porque la restricción punto-línea no restringir el movimiento en línea con la gravedad, ya que es libre de moverse en esa dirección. Así que, aunque el modelo no es redundante, los valores no son iguales. Vamos a tratar de cambiar la posición de la gravedad.

32.- minimizamos el grafico de salida seleccionamos modo de construcción.

33.- con clic derecho sobre la gravedad en el navegador seleccionamos definir gravedad.

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Figura 6.101.-muestra cómo definir la gravedad.

34.- cambiamos la posición de la gravedad como se muestra.

Figura 6.102.- muestra cómo definir la dirección de la gravedad.

35.- damos clic en aceptar y reproducimos la simulación.

36.- Maximizamos el grafico de salida.

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Figura 6.103.- grafico de salida.

El resultado es ahora más razonable. La razón por la cual ahora el resultado es mejor que el resultado anterior es porque la gravedad no está en línea con el eje de movimiento de la unión punto-línea. Así que se debe de tener esto en mente cuando se realicen modelos/uniones no redundantes.

En resumen:

Opción 1.- Si el objetivo final de la simulación es determinar los efectos de la inercia y la dinámica, la opción 1 será suficiente.

Opción 2.- si el objetivo final de la simulación es realizar un análisis de tensión en la puerta y se quiere hacer uso de las cargas para transferirlas, la opción 2 es la más adecuada, ya que proporciona incluso las reacciones en las uniones. En realidad siempre se ponen bisagras iguales, las cuales asumen una distribución uniforme de las cargas.

Opción 3.- También es aceptable siempre que la carga no está en la dirección del movimiento axial punto-línea. Pero esta opción no funciona para una puerta con tres bisagras.

No es recomendable utilizar restricciones redundantes, sin embargo, utilizarlas con precaución ya que las fuerzas producidas no serán únicas, o incluso peor.

37.- Cerramos el archivo.

171

6.11.1 Flujo de trabajo sugerido para evitar las uniones redundantes

Usando la herramienta convertir automáticamente restricciones en uniones estándar después de crear las restricciones no es recomendable, especialmente para ensambles muy grandes, porque puede llegar a ser muy tedioso el remover las redundancias alterando las restricciones de ensamble, debido a que esta es la única manera de modificar las uniones. Teniendo esto en mente, existen dos opciones:

Opción 1: uniones automáticas:

Se pueden crear restricciones de ensamble dentro del entorno de la simulación dinámica, es recomendable comenzar (o continuar) el proceso de crear restricciones en el entorno de simulación. El mayor beneficio para esto es, con la herramienta convertir automáticamente restricciones en uniones estándar activada, tu puedes ver inmediatamente la unión creada al momento de crear la restricción. De esta manera será más fácil de manejar y reparar uniones redundantes, ya que aparecen durante el proceso de restricción.

Opción 2: uniones manualmente:

Creando uniones manualmente dentro del entorno de la simulación dinámica tendremos mayor control de prever uniones redundantes dentro del modelo. Sin embargo, esta opción puede ser más lenta y tediosa.

El proceso de la opción 2 puede ser mejorado usando convertir restricciones manualmente característica de algunas uniones.

172

CAPITULO VII RESTRICCIONES DE ENTORNO

7.1 RESTRICCIONES DE ENTORNO

Una vez que el tedioso proceso de crear uniones ha sido completado, el siguiente paso es simular las condiciones externas a las cuales estar expuesto el modelo utilizando una gran variedad de herramientas dentro de la simulación, incluyendo:

Aplicar fuerzas externas/torque/gravedad en componentes/ensambles. Redefiniendo las propiedades de las uniones:

o Posición inicial o Fricción o Contacto o Movimiento impuesto

Valores constantes Grafica de entrada

La grafica de entrada es la herramienta más útil y poderosa para ayudar a simular las condiciones de entorno con mayor realismo.

7.1.1 Grafica de entrada

El gráfico de entrada de datos permite añadir fuerzas y pares de torsión que cambian durante la simulación en función de otras variables independientes. También usado para definir la acción de las leyes de la dinámica, usando una interfaz gráfica que incluye:

Leyes de movimiento Uniones de fuerza Cargas externas

Usando la interfaz gráfica, varias leyes pueden ser definiditas incluyendo:

Tramo lineal Tramo cubico Cicloide Seno Polinomial Armónico Seno modificado y trapezoide modificado Spline-Puede importar datos predefinidos utilizando un archivo (*. txt)

173

Figura 7.1.-grafico de entrada.

1.- El área de la gráfica muestra visualmente las leyes una vez que se han definido.

Desplazando la rueda del mouse se puede acercar o alejar la grafica Mantenga presionada la rueda del mouse para desplazarse por el gráfico. Con doble clic del mouse reiniciaremos la gráfica a su estado inicial.

2.- El botón de referencia le permite seleccionar diferentes referencias / valores de la gráfica de salida, en lun instante de tiempo, para definir las leyes de movimiento.

3.- en esta parte se define el inicio y final de los parámetros del sector que se encuentra resaltado en la gráfica.

4.- en esta área se definen las leyes de movimiento usando alguna ley predefinida o datos importados.

174

Nota:

Varias leyes pueden ser combinadas para crear una ley más compleja de movimiento / dinámica.

Se pueden crear más puntos dando doble clic con el mouse sobre la gráfica.

Se puede importar datos utilizando el comando spline.

Se puede acceder a la gráfica de entrada desde una fuerza externa, torsión o movimiento impuesto dando clic derecho a una unión en el navegador propiedades activamos la casilla

activar par de la unión/movimiento impuesto

Figura 7.2.- configuración de la unión revolución :1

A continuación se muestra como la simulación dinámica calcula el esfuerzo del par de la unión (U):

Si una constante de valor C es especificada en el primer campo, entonces U = C

Si un valor de amortiguamiento A = 10 es especificado, en el campo de amortiguamiento, entonces:

U = -A X v ecuación 7.1

175

Donde v = velocidad del grado de libertad, el signo (-) indica que el amortiguamiento siempre se opone al movimiento.

Si se especifica el valor de posición libre de p0 = 40 y una rigidez elástica de K = 1000 entonces:

U = -K X (p-p0) ecuación 7.2

Donde p = posición del grado de libertad.

Si se especifica un coeficiente de cf = 0.15 y un radio de R = 5, entonces:

Ecuación 7.3

Donde Fr = fuerza en el grado de libertad.

Así que, en resumen, la unión es perfecta cuando la opción activar par de la unión está inactivo. Una vez activada, la unión deja de ser perfecta y U[i] proporciona un esfuerzo exacto dentro del grado de libertad.

Proceso para la creación de las condiciones de entorno

Una vez más, se tratara de explicar las distintas herramientas disponibles para crear las condiciones de entorno, usando los mismos ejemplos que usamos en el proceso de creación de uniones.

Ejemplo 5: cuna de newton o Posición inicial o Contactos o Fuerza externa- gravedad

Ejemplo 6: cámara o Movimiento impuesto – gráfico de entrada

Ejemplo 7: mecanismo de retorno rápido Whitworth o Fricción o Movimiento impuesto-valores constantes

176

Ejemplo 5: cuna de Newton

Figura 7.3.-cuna de Newton

Se definirá:

o Posición inicial o Contactos o Fuerza externa- gravedad

Flujo de trabajo: o Establecer la posición inicial de la primera bola o Establecer fuerzas externas (gravedad) o Crear contacto 2D entre las bolas o Reproducir la Simulación.

177

Establecer la posición inicial de la primera bola

1.- Abrir el archivo: cuna_de _newton_modificada5.iam

Figura 7.4.- muestra los componentes y el diseño en el entorno de ensamble.

2.- Vamos al panel de herramientas entornos simulación dinámica.

Como podemos observar hay creadas 5 uniones esféricas con los grados de libertad de rotación bloqueados para el eje X y Y.

3.- damos doble clic sobre la primera unión esférica.

4.- vamos a la ficha del grado de libertad 1(R) y cambiamos la posición inicial de la bola especificando 40 gr.

178

Figura 7.5.- muestra como editar la posición del grado de libertad 1(R) de la unión.

5.- damos clic en aceptar y reproducimos la simulación.

Notaremos que la bola no se mueve, la razón es porque aún no está establecida la fuerza de gravedad, El siguiente paso es activarla.

7.1.2 Fuerzas externas (Establecer la fuerza de gravedad)

6.- seleccionamos modo de construcción en el reproductor de la simulación para poder seguir editando el modelo y aplicar la gravedad.

7.- vamos al navegador de la simulación y debajo del nodo fuerzas externas se encuentra la gravedad. Damos clic en definir gravedad.

Figura 7.6.- muestra cómo definir la gravedad desde el navegador.

179

8.- seleccionamos componentes de vector y especificamos un valor de -9810 en el vector Z para que así la gravedad esté actuando hacia debajo.

Figura 7.7 cuadro de dialogo para configurar la gravedad.

9.- damos clic en aceptar y reproducimos la simulación.

Ahora la bola se mueve por efecto de la gravedad, sin embargo, esta no tiene contacto con ninguna de las demás bolas.

Crear contacto 2D entre las bolas

Como las bolas no chocan entre sí, necesitamos definir contacto entre ellas. En la simulación dinámica, existen dos tipos de contacto:

o Contacto 2D o Contacto 3D

El contacto 2D es usado para definir el contacto que ocurre en un solo plano. El contacto 3D, por otro lado, es usado normalmente para simular contacto que no tiene restricción sobre ningún plano. Cabe señalar que el contacto 3D es más fácil de controlar y simular que el contacto 2D.

En este problema de diseño, sabemos que las bolas al funcionar correctamente solo se tocaran en un solo plano, por lo tanto utilizaremos contacto 2D.

Para usar el contacto 2D, tenemos que ser capaces de seleccionar contornos cerrados o los bordes de la bola. Así que antes de poder utilizar este contacto, tenemos que definir bien los bordes

180

proyectados o bocetos sobre la bola o simplemente hacer los bocetos visibles si ya se han definido, en el lugar donde el contacto va a ocurrir.

10.- hacemos doble clic sobre el sub ensamble: 1 en el navegador de la simulación. Esto activara el entorno de diseño de la pieza.

11.- expandimos el nodo de la bola: 1 y hacemos que el boceto 1 se haga visible.

Figura 7.8.- muestra como editar el boceto de una pieza dentro del entorno de la simulación dinámica.

Automáticamente en todas las bolas se hace visible el boceto.

12.- seleccionamos terminar edición.

13.- seleccionamos modo de construcción y luego en el panel de herramientas seleccionamos insertar unión.

Tal vez sea necesario que actives la ficha simulación dinámica en el panel de herramientas para regresar al entorno de la simulación dinámica.

14.- seleccionamos contacto 2D de la lista desplegable en el cuadro de dialogo.

181

15.- seleccionamos el borde proyectado o boceto de la bola 1 después seleccionamos el boceto proyectado de la bola2.

Figura 7.9.- muestra como insertar una unión de contacto 2D.

16.- damos clic en aplicar

Con esto creamos contacto 2D entre la bola 1 y 2 ahora hay que realizar el paso 15 para crear contacto entre las demás bolas:

o Bola 2 y bola 3 o Bola 3 y bola 4 o Bola 4 y bola 5

Al terminar tendrás 4 contactos 2D:

182

Figura 7.10.- muestra todas las uniones de contacto.

17.- reproducimos la simulación.

Las bolas no se comportan correctamente ya que se esperaba que solo se movieran la primera y la última. Ahora trataremos de modificar la configuración de contacto entre las bolas.

Establecer las propiedades de contacto de las bolas

18.- Seleccionamos modo de construcción en el reproductor y luego hacemos doble clic en el primer contacto 2D en el navegador.

19. cambiamos el valor de restitución a un valor de 1 y una fricción de 0.

Figura 7.11.-muestra como configurar los valores para las uniones de contacto 2D.

El valor de la restitución es la propiedad elástica del contacto valuada en un rango entre 0 y 1. Un valor de 0 no proporcionará ningún rebote ya que no hay elasticidad, mientras que un valor de 1 proporciona 100% de elasticidad y rebote.

El valor de fricción de 0 no proporcionará fuerza de fricción o rozamiento en el contacto, mientras que cualquier valor por encima de 0 proporcionará fuerza de fricción en el contacto.

183

Con los valores especificados anteriormente, asumiremos que las bolas están hechas de cromo con fricción de cero y el 100% de rebote. Esto significa que las bolas siempre se van a recuperar a su posición original y rebotaran por siempre.

20.- ahora seleccionamos todos los contactos restantes con clic derecho seleccionamos propiedades y especificamos los mismos valores 1 y 0 para la restitución y fricción respectivamente.

Figura 7.12.- si todas las uniones tendrán los mismos valores se puede editar todas juntas al seleccionarlas.

21.- quitamos la visibilidad del boceto de todas las bolas.

22.- Reproducimos la simulación.

Ahora notaremos que solo se mueven la primera y última bola, mientras que las demás permanecen estáticas.

Por ultimo Cambiaremos la posición de la última bola y reproduciremos la simulación, veremos lo que sucede:

23.- seleccionamos modo de construcción y después hacemos doble clic en la última unión esférica cambiamos la posición de la bola y especificamos un valor de -40 gr.

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Figura 7.13.- cuadro de dialogo para la configuración de la unión esférica: 5.

24.- damos clic en aceptar y reproducimos de nueva cuenta la simulación.

Notaremos que las tres bolas del centro aún permanecen estáticas, por lo tanto hemos simulado la cuna de Newton correctamente

25.- cerramos el archivo

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Ejemplo 6: cámara de diseño

Imponer movimiento vía gráfico d entrada.

Figura 7.14.- cámara de diseño.

Flujo de trabajo del ejemplo 6:

• Establecer fuerzas externas (gravedad) • definir un movimiento impuesto usando un grafico de entrada.

Definiendo fuerzas externas (gravedad)

1.- Abrir el archivo: camara2.iam

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Figura 7.15.- muestra todos los componentes en el entorno de ensamblaje.

2.- vamos al panel de herramientas y seleccionamos la ficha entorno simulación dinámica.

Activaremos el entorno de la simulación dinámica.

Figura 7.16.- panel de herramientas.

3.- vamos al navegador de la simulación y debajo del nodo cargas externas tenemos la gravedad damos doble clic para definir la gravedad.

4.- una vez abierto el cuadro de dialogo, seleccionamos un borde de la cámara, de modo que la gravedad quede dirigida hacia abajo, si es necesario cambia la dirección para lograrlo.

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Figura 7.17.- muestra como configurar la dirección de la gravedad.

5.- reproducimos la simulación.

Como podrá observar todos los componentes se mueven libremente debido a los efectos de la gravedad, también podría aparecer un mensaje de advertencia. Esto significa que tenemos que definir correctamente y restringir el movimiento del ensamble.

6.- seleccionamos modo de construcción para seguir editando la simulación.

Figura 7.18.- reproductor de la simulación.

7.1.3 Definir un movimiento impuesto a partir de un gráfico de entrada

En este ejemplo, se definirá la posición de la válvula usando la funcionalidad del gráfico de entrada. La válvula abrirá una vez por un corto tiempo durante una vuelta completa de la pieza CO2 aún por determinar.

7.- damos clic derecho sobre la unión cilíndrica:3(cam_ejevalvula:1, base:1) y seleccionamos propiedades

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8.- seleccionamos la ficha grado de libertad 2(T) damos clic derecho en el valor de la posición y seleccionamos establecer desfase.

Figura 7.19.- cuadro de dialogo para la configuración de la unión cilíndrica: 3.

Con esto restableceremos el valor a cero.

9.- ahora en el mismo cuadro de diálogo, seleccionamos el botón editar movimiento impuesto.

Figura 7.20.- editar movimiento impuesto.

10.- damos clic en activar movimiento impuesto y cambiamos de velocidad a posición como se muestra en la imagen.

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Figura 7.21.- editar posición.

Esto nos permite establecer el parámetro de posición de la válvula.

11.- damos clic en el cuadro para editar los valores en el gráfico de entrada.

12.- dentro del cuadro de dialogo, editamos la posición de los puntos cambiando Y1 a 0 y Y2 a 0 como se muestra:

Figura 7.23.- editar la posición de los puntos.

190

13.- haciendo doble clic sobre cualquier posición dentro del grafico podremos crear otro punto, así que, crearemos cuatro puntos más como se muestra.

Figura 7.24.- grafico de entrada inicial con los puntos establecidos en cero.

Figura 7.25.- grafico de entrada con cuatro puntos agregados.

Si se comete algún error al crear los puntos podemos eliminarlos solo dando clic derechos sobre él y seleccionamos eliminar punto. Otra opción es eliminar todo el conjunto de puntos creados con el botón borrar definición de curva y comenzar de nuevo.

191

Figura 7.26.- muestra como eliminar un punto en el gráfico de entrada.

14.- damos clic en cualquier parte entre el primero y segundo punto para establecer los valores como se muestra abajo:

Figura 7.27 muestra los para los puntos 1 y 2.

15.- ahora damos clic en cualquier parte entre el segundo punto y el tercero y definimos los valores como se muestra:

192

Figura 7.28 muestra los para los puntos 2 y 3.

16.- hacemos clic sobre cualquier parte entre el punto tres y el cuarto y especificamos los valores como se muestra:

Figura 7.29 muestra los para los puntos 3 y 4.

17.- hacemos clic sobre cualquier parte entre el punto cuatro y el quinto y especificamos los valores como se muestra:

193

Figura 7.30 muestra los para los puntos 4 y 5.

18.- por ultimo hacemos clic sobre cualquier parte entre el punto cinco y el último, especificamos los valores como se muestra:

Figura 7.31.- muestra los para los puntos 5 y 6.

Note que la gráfica se irá ajustando conforme define los puntos.

Podemos definir una transición suave, desde la posición de cerrado a abierto, refinando la gráfica entre los puntos 2-3 y 4-5 definiendo una rampa cubica entre estos puntos.

19.- damos clic en cualquier parte entre el punto 2 y 3 seleccionamos tramo cubico de la lista desplegable.

194

Figura 7.32.- muestra cómo cambiar parte del gráfico de tramo lineal a tramo cubico.

20.- damos clic en el botón remplazar la ley actual para cambiar la actual ley tramo lineal a tramo cubico.

Figura 7.33.-cambiar de ley

21.- damos clic en cualquier parte entre los puntos cuatro y cinco repetimos el paso 19 y 20. La grafica final debe quedar como se muestra abajo.

195

Figura 7.34.- muestra el grafico de entrada final.

22.- damos clic en aceptar para salir del gráfico de entrada.

23.- damos clic en aceptar para salir de las propiedades de la unión cilíndrica:3

24.- en el reproductor de la simulación cambiamos el número de imágenes de 100 a 200 como se muestra:

Figura 7.35.- reproductor de la simulación.

Con un mayor número de imágenes más precisa será la simulación, sin embargo, la simulación tomara más tiempo para reproducirse y el archivo será más grande.

25.- reproducimos la simulación para ver los efectos del grafico de entrada.

Nota: podemos acercar el modelo para apreciar mejor el movimiento de la válvula y el seguidor.

En este ejemplo se mostró como se puede crear una ley específica de movimiento, en realidad habrá mucho más puntos, en algunos casos más de 100, para conseguir un buen funcionamiento de la cámara y el seguidor. Como esto puede tomar mucho tiempo, otra opción podría ser importar datos con la ley spline, si es que existen. Esto le ayudara a agilizar el proceso de crear leyes de movimiento.

196

Más adelante se continuara trabajando con este ejemplo, para analizar los resultados.

26.- cerramos el archivo.

Ejemplo 7: mecanismo de retorno rápido WhitWorth

Fricción y movimiento impuesto

Figura 7.36.- mecanismo de retorno rápido Whitworth.

Flujo de trabajo:

• Establecer posición inicial. • Definir un movimiento impuesto aplicando una velocidad constante. • Definir fricción en las uniones.

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Establecer posición inicial

1.- abrir el archivo mecanismo_RR_whitworth (2).iam

Figura 7.37.- muestra todos los componentes en el entorno de ensamblaje.

2.- vamos al panel de herramientas, seleccionamos entornos simulación dinámica.

3.- hacemos doble clic en la unión prismático: 2 en el navegador de la simulación.

4.- en el cuadro de dialogo, seleccionamos la ficha grado de libertad 1(T) y cambiamos el valor de posición a -6.660mm.

Figura 7.38.- editar la posición de la unión prismática: 2.

198

Esta es la posición máxima que el bloque deslizante puede viajar.

7.1.4 Definir un movimiento impuesto aplicando una velocidad constante

5.- damos clic en aceptar. Ahora damos doble clic en la unión de revolución:3 para editarla.

Este es el engranaje que será impulsado por un motor. Por lo tanto definiremos una velocidad constante y entonces determinaremos el par máximo requerido para que el motor mantenga esa velocidad constante.

6.-en el cuadro de dialogo seleccionamos la ficha grado de libertad 1(R) editar movimiento impuesto activamos la casilla activar movimiento impuesto y aplicamos una velocidad de 720 gr/s.

Figura 7.39.- muestra como establecer un movimiento impuesto para la unión.

7.- damos clic en aceptar.

Figura 7.40.- Un signo (#) aparecerá junto a la unión, el cual indica que un movimiento impuesto fue aplicado a esta.

8.- reproducimos la simulación.

199

El bloque deslizante regresa a una alta velocidad, esta es una de las principales funciones del mecanismo de retorno rápido Whitworth y es usada en muchas aplicaciones. Esto también puede ser verificado en el gráfico de salida, observando la velocidad del bloque deslizante.

9.- seleccionamos gráfico de salida del panel de herramientas.

Figura 7.41.-muestra la herramienta grafico de salida en el panel de herramientas.

10. en el gráfico de salida seleccionamos los resultados de velocidad para la unión prismática:2.

Figura 7.42.- grafico de salida.

La máxima velocidad en la carrera de retorno supera los 200 mm / s, mientras que la carrera hacia adelante nunca supera los 5º mm/s como era de esperarse.

11.- ahora borramos la curva, haciendo clic derecho en la columna de resultados que se encuentra arriba de la gráfica, como se muestra.

200

Figura 7.43.- muestra como eliminar columna de resultados en el gráfico de salida.

A continuación, revisaremos el par requerido para que el motor mantenga una velocidad constante de 720 gr/s.

12.- en el gráfico de salida seleccionamos fuerza directriz para la unión de revolucio:3

Figura 7.44.- muestra el movimiento impuesto en el gráfico de salida.

201

El par es aproximadamente de 0 Nmm. La razón de esto es que las articulaciones están sin fricción y más aún, no hay una fuerza externa aplicada en el ensamble. Por lo tanto aplicaremos una fuerza de fricción entre el bloque deslizante y el riel.

7.1.5 Definir fricción en las uniones

13.- minimizamos el grafico de salida y seleccionamos modo de construcción en el reproductor de la simulación.

14.- damos doble clic en la unión prismático:2 seleccionamos la ficha grado de libertad 1(T) damos clic en el botón editar fuerza de unión activamos la casilla activar fuerza de unión especificamos una fuerza de 1 N y un coeficiente de fricción de 0.15 aceptar.

Figura 7.45.- muestra la configuración de valores para la unión prismática: 2.

15.- reproducimos la simulación y maximizamos el grafico de salida.

El par ahora se incrementó a un valor superior a 15 Nmm para mantener una velocidad constante de 720 gr/s.

202

Figura 7.46.- El valor máximo del par requerido es de 18.44, (el valor máximo puede variar ligeramente).

Más adelante se discutirán más funcionalidades del gráfico de salida.

16.- cerrar el archivo.

203

CAPITULO VIII ANÁLISIS DE RESULTADOS

8.1 RESULTADOS

En la simulación dinámica, los resultados pueden ser visualizados y analizados dentro del gráfico de salida, el cual puede ser accedido desde el panel de herramientas dentro del entorno de la simulación dinámica.

Figura 8.1 panel de herramientas.

8.1.1 Gráfico de salida

El gráfico de salida permite examinar diversos resultados de la simulación. La siguiente lista muestra algunas de las acciones que se pueden llevar a cabo después de ejecutar una simulación:

• Visualizar los vectores de fuerzas internas o externas. • Cambiar los marcos de referencia para ver los resultados en diversos sistemas de

coordenadas. • Visualizar los resultados de la curva. • Guardar los resultados de la simulación para poder revisarlos y compararlos

posteriormente. • Visualizar los resultados en función del tiempo o de otros criterios. • Visualizar trazos para ver la trayectoria de los puntos de los componentes.

Después de ejecutar la simulación y antes de salir del entorno de ejecución, pulse el comando Gráfico de salida de datos.

La ventana Gráfico de salida de datos se divide en varias secciones: navegador, gráfico y pasos de tiempo. Hay comandos específicos del gráfico de salida en una barra de herramientas que se encuentra en la parte superior de la ventana. El tamaño de la ventana se puede ajustar. Defina el tamaño según sus necesidades.

204

Figura 8.2.- gráfico de salida.

1.- herramientas especializadas del gráfico de salida.

1) añadir trazo- Permite crear trazos para los componentes o uniones, ambos visual y numéricamente. (Mostrando los datos en el gráfico de salida)

2) añadir marco de referencia-Ofrece la posibilidad de examinar los resultados en referencia a otros componente y los orígenes definidos por el usuario.

3) exportar a CEF- puedes especificar un componente para ser analizado dentro del entorno de análisis de tensión, siendo capaz de identificar las caras donde actúan las cargas.

4) eventos precisos- Le permite determinar el momento preciso de contacto o eventos de impacto.

2.- navegador del gráfico de salida- Aquí se puede acceder a todos los datos de las uniones dentro de la simulación. Los datos de la unión seleccionados aquí, se muestran en el área gráfica y en la columna de tiempo.

205

3.- área grafica- la gráfica de los datos de la unión seleccionada se muestra aquí. Haga doble clic en esta área para establecer un tiempo en el gráfico que se sincroniza con la columna de tiempo y la visualización del mecanismo de la ventana gráfica, y el reproductor de la simulación. También te permite las siguientes funciones:

• Desplazando la rueda del mouse puede acercar o alejar el grafico. • Mantenga presionada la rueda del mouse para desplazarse por el gráfico. • Haga doble clic en la rueda del ratón para restablecer el gráfico a su estado original.

4.- columna de tiempo-contiene una columna de los instantes de tiempo y el número de instantes que coincide con las imágenes en el reproductor de la simulación. Cada una de las variables seleccionadas en el árbol tiene una columna.

5.- columna de transferencia de cargas- aquí puedes seleccionar uno o varios instantes de tiempo para transferir las cargas al entorno de análisis de tensión.

Aparte de mostrar los resultados de las uniones, el grafico de salida posee herramientas especializadas que serán explicadas a continuación.

Proceso de utilización de las herramientas especializadas en el gráfico De salida

A continuación se tratara de explicar las distintas herramientas disponibles para crear las condiciones de entorno con los mismos ejemplos que usamos en el proceso de creación de las uniones.

Ejemplo 8: cámara de diseño.

• Crear y exportar trazo • Crear la forma de una leva basado en un trazo.

Ejemplo 9: bolla y escalera

• Movimiento exacto.

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Ejemplo 8: cámara de diseño

Trazo de salida

Figura 8.3.- cámara de diseño.

Flujo de trabajo:

• Crear trazo • Exportar trazo • Crear leva- a partir del trazo exportado. • Reproducir la simulación basándose en la nueva leva.

Uniones extra usadas en este ejemplo:

Deslizamiento: curva de cilindro.

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8.1.2 Crear trazo

1.- abrir el archivo: camara3.iam

2.- seleccionamos entornos del panel de herramientas simulación dinámica.

3.-seleccionamos gráfico de salida del panel de herramientas dentro del entorno de la simulación.

4.-en el gráfico de salida, seleccionamos añadir trazo.

Figura 8.4.- gráfico de salida.

5.- en el cuadro de dialogo, seleccionamos el borde del seguidor (para especificar el origen del trazo) seleccionamos CAM_ejerotatorio:1 como la geometría de referencia que se utilizara para crear el trazo. Damos clic en aceptar.

208

Figura 8.5.-añadir trazo.

6.- minimizamos el grafico de salida.

7.- cambiamos la vista del modelo, como se muestra.

Figura 8.6.- vista cerrada del diseño.

209

8.- reproducimos la simulación.

Figura 8.7.- muestra el trazo creado.

Note que el trazo ira hacia arriba y hacia abajo. Esto se debe a que no hemos especificado ninguna rotación para el eje.

9.- seleccionamos modo de construcción clic derecho en la unión revolución:1 seleccionamos propiedades.

10.- seleccionamos grado de libertad 1(R) editar movimiento impuesto especificamos una velocidad de 360 gr/s.

210

Figura 8.8.-configuracion de la unión revolución: 1.

11.- damos Clic en aceptar.

8.1.3 Exportar trazo

12.- reproducimos la simulación.

Ahora debería ver la huella de los seguidores, como se muestra:

Figura 8.9.- muestra el nuevo trazo creado.

211

13.- maximizamos el grafico de salida.

14.- damos clic derecho en trazo: 1 exportar a boceto.

Figura 8.10.- muestra cómo exportar el trazo creado hacia un boceto.

15.- seleccionamos CAM_ejerotatorio:1 como se muestra (es el componente donde se creara el boceto).

.

Figura 8.11.- muestra el componente seleccionado para crear un nuevo boceto.

16.- cerramos el grafico de salida y seleccionamos modo de construcción.

212

Crear leva- a partir del trazo exportado

17.- damos doble clic a la pieza CAM_ejerotatorio:1 esto activara el entorno de diseño de pieza.

Figura 8.12.- se muestra el entorno de diseño de la pieza activado.

18.- damos clic derecho en boceto 2 editar boceto Crear un desfase de 5 mm del boceto exportado terminar boceto.

Figura 8.13.- muestra la creación de un desfase a partir del trazo creado.

213

19.- extrudir el boceto 2 mm como se muestra.

Figura 8.14.- extrudir el nuevo boceto.

20.- damos clic en volver en el panel de herramientas para terminar la edición de la pieza y regresar al entorno de la simulación dinámica.

Figura 8.15.- retornar al entorno de la simulación dinámica.

21.- reproducimos la simulación.

Puede refinar más el gráfico de entrada mediante la adición de más puntos para definir un gráfico más detallado. Por lo tanto, un perfil suave de una leva se ha creado. Como alternativa, puede importar datos predefinidos (en formato txt), utilizando la ley spline.

Ahora bien, como hemos diseñado la leva podemos utilizar este nuevo perfil para impulsar el seguidor y por lo tanto abrir y cerrar la válvula como consecuencia.

Reproducir la simulación basándose en la nueva leva

22.- seleccionamos modo de construcción.

23.- damos doble clic en la unión cilíndrica:3 en el navegador seleccionamos grado de libertad2(T) anulamos la selección de movimiento impuesto aceptar.

214

Figura 8.16.- activar movimiento impuesto.

24.- seleccionamos insertar unión seleccionamos la unión deslizamiento: curva de cilindro.

25.- par la curva seleccionamos el contorno de la nueva leva como se muestra:

Figura 7.17.-muestra la curva seleccionada para insertar una unión de deslizamiento.

215

26.- seleccionamos el botón para el cilindro.

27.- para el cilindro, seleccionamos el contorno del seguidor como se muestra aceptar.

Figura 8.18.-muestra el cilindro seleccionado para la unión de deslizamiento.

27.- reproducimos la simulación y después de un tiempo una advertencia aparecerá.

Figura 8.19.-cuadro de advertencia.

La razón por la cual aparece esta advertencia es porque el seguidor está mal alineado y gira como se muestra:

216

Figura 8.20.- orientación de los ejes de la unión.

Si podemos parar el giro del seguidor, podremos ser capaces de conseguir que la simulación trabaje.

29.- aceptamos la advertencia y seleccionamos modo de construcción.

30.- damos doble clic en la unión cilíndrica:4 seleccionamos grado de libertad 1(R) bloqueamos la posición.

Figura 8.21.- bloquear grados de libertad para la unión cilíndrica: 4.

31.- damos clic en aceptar

32.- reproducir la simulación. Aceptar la advertencia.

217

Figura 8.22.-diseño final de la leva creada.

Ahora en este caso, la nueva leva dirige el abrir y cerrar de la válvula.

33.- cerrar el archivo.

Ejemplo 9.- pelota y escalera

Figura 8.23.- pelota y escaleras.

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Flujo de trabajo:

• Observar la posición de impacto de la pelota. • Establecer un movimiento preciso y observar los resultados.

Observar la posición de impacto de la pelota

1.- abrir el archivo: pelota_escalera.iam

Figura 8.24. Muestra los componentes en el entorno de ensamblaje.

2.- seleccionamos entornos simulación dinámica.

3.- reproducimos la simulación.

4.- seleccionamos gráfico de salida.

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Figura 8.24.-gráfico de salida (botón de eventos precisos seleccionado).

Notaremos que el botón eventos precisos está activado. Esto hará que en la gráfica se muestre el movimiento exacto del contacto.

5.- Si quitamos la selección del botón notaremos la diferencia.

Figura 8.25.-gráfico de salida (botón de eventos precisos no seleccionado).

6.- ahora en el navegador del gráfico de salida seleccionamos fuerza_max que se encuentra debajo del nodo uniones de fuerza.

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Figura 8.26.-gráfico de salida (botón de eventos precisos no seleccionado).

Notaremos que la gráfica para la fuerza máxima se mantiene constante, no muestra las fuerzas de impacto cuando la pelota pega con la escalera.

7.- ahora volvemos a seleccionar el botón de eventos precisos y vemos los resultados.

Figura 8.27.-gráfico de salida (botón de eventos precisos seleccionado).

La grafica ahora muestra las fuerzas cuando la bola impacta con la escalera.

221

8.2 PUBLICAR PELÍCULA

Si está satisfecho con la simulación, use publicar película para grabar los resultados de la simulación mostrados en la ventana gráfica en un archivo (*.avi). Este método de grabar la simulación utiliza el método de renderización estándar de Inventor de la ventana gráfica.

1.- En el panel de herramientas dentro del entorno de la simulación dinámica seleccione publicar película.

Un cuadro de dialogo se abrirá, en este podemos especificar el nombre del archivo de video. Por defecto la extensión del archivo es (*.avi).

Pulse Aceptar.

2.- Se abrirá el cuadro de diálogo Compresión de vídeo.

En el cuadro de diálogo Compresión de vídeo, indique el códec que desea utilizar. A menos que quiera utilizar otro códec, acepte el indicado por defecto.

El códec por defecto es Cinepak de Radius.

Si es necesario, mediante la barra del indicador del campo Calidad de compresión, cambie la calidad marcada.

3.- Pulse Aceptar.

Pulse el botón Ejecutar en el reproductor de la simulación para empezar o volver a reproducir la simulación.

4.- al terminar la simulación, pulse de nuevo publicar película para detener la grabación.

222

8.3 PUBLICAR EN STUDIO

Puede publicar la simulación en Inventor Studio y generar una salida de vídeo de alta calidad que contenga iluminación, sombras, fondos, etc.

En el entorno de Studio, puede realizar los ajustes siguientes para la simulación:

Posición de la cámara, tipo, etc. Estilo de iluminación y configuración asociada. Estilo de escena y configuración asociada. Asigne diferentes estilos de superficie, si lo desea.

Cuando se ejecuta una simulación, el parámetro de pasos de tiempo se guarda en la memoria caché para poder utilizarlo en Inventor Studio. Antes de salir del entorno de ejecución de la simulación, renderice la simulación seleccionando Publicar en Studio en el panel de herramientas de simulación. Accederá al entorno de Studio. Se crea automáticamente una nueva animación, Dynamic_Simulation, y se añaden los pasos de la simulación como un nuevo parámetro Simulation_timeline a la carpeta Favoritos de animación.

Una simulación se puede haber ejecutado con un número elevado de pasos de tiempo, por ejemplo 100 ó 200 por segundo, que es demasiado para aislar eventos concretos en la simulación. Lo habitual es que las animaciones se ejecuten a velocidades de fotogramas que oscilan entre los 15 y los 30 fotogramas por segundo (fps). No es necesario ajustar los pasos de tiempo de la simulación para que coincidan con el valor de fotogramas por segundo que desee utilizar. Inventor Studio compensa la diferencia durante la animación. Lo único que se necesita especificar son los fotogramas por segundo de la salida.

Como ejemplo, los pasos siguientes muestran cómo utilizar una simulación de 5 segundos, con un valor por defecto de 100 pasos de tiempo por segundo, para crear una animación de 7 segundos.

Ejecute la simulación para garantizar que los resultados están actualizados y que se almacenan en la memoria caché. No regrese al entorno de construcción de la simulación.

Si utiliza la opción Colorear grupos móviles pero quiere usar los colores y las texturas del modelo del diseño en la animación modelizada, pulse el nodo Grupos móviles con el botón derecho del ratón en el navegador y desactive Colorear grupos móviles.

En el panel de herramientas, seleccione Publicar en Studio. Esta opción hace que determinadas acciones se lleven a cabo automáticamente para reducir el esfuerzo.

Se crea una nueva animación: Dynamic_Simulation.

Se parametriza la variable de paso de tiempo, Simulation_timeline, y se exporta.

Se añade el parámetro Simulation_timeline a Favoritos de animación en Studio.

223

Al acceder al entorno de Inventor Studio, la nueva animación está activa. Se muestra la duración de la animación.

Se realizan los pasos siguientes en Inventor Studio.

En Duración de la animación, pulse Opciones de animación, situado a la derecha del cuadro de lista de cámaras. Establezca el parámetro Duración en 7.0 segundos (5 segundos de simulación y 2 segundos de conclusión).

Nota: Deje algo de tiempo a ambos extremos de la animación para que los ojos del espectador se adapten a la escena y reflexione sobre lo que se muestra.

Defina la región gráfica según el tipo de visualización y de posición que quiera para la cámara y, a continuación, pulse con el botón derecho y seleccione Crear cámara según vista. Posteriormente podrá utilizar esta cámara para crear una animación rápida de la simulación.

Nota: Intente utilizar una cámara de perspectiva para añadir sensación de profundidad a la escena.

Coloque el control deslizante de la duración en 6 segundos.

En el navegador, expanda el nodo Favoritos de animación.

Pulse el parámetro duración_simulacion con el botón derecho y seleccione Animar parámetros. Aparece el cuadro de diálogo Animar parámetros.

Para establecer el tiempo, pulse Especificar y defina el valor inicial en 1,0 y el tiempo final en 6,0.

Defina el valor del final de la acción en 500. El valor por defecto de la simulación es de 100 pasos por segundo. Por ello, 500 representa 5 segundos de simulación con la configuración por defecto.

Nota: Si el número de pasos de tiempo es demasiado bajo para Inventor Studio (el valor por defecto es 15 por segundo), aparece un cuadro de diálogo para solicitar que aumente el número de pasos en Simulación dinámica.

Pulse Aceptar. Puede reproducir la animación con los controles de Duración de la animación.

Si ha utilizado Inventor Studio previamente y ha definido estilos de iluminación, de escenas y de superficie, puede activarlos si es necesario. Si no ha utilizado Studio previamente, revise los aprendizajes o las páginas de la Ayuda para saber cómo se configuran las cámaras, los estilos de iluminación, de escenas y la modelización de una animación.

En el panel de herramientas seleccione renderizar animación.

En la ficha General del cuadro de diálogo Renderizar la animación, especifique valores para Cámara, Estilo de iluminación, Estilo de escenas y Renderizar tipo. En este caso utilizaremos los valores por defecto.

224

En la ficha Salida, especifique un nombre de archivo para la animación, el rango de tiempo y el suavizado. Y el formato que se debe utilizar. Recomendamos pre visualizar la modelización para poder ver los resultados rápidamente y determinar si las cámaras y la simulación están sincronizadas del modo que desea.

En la ficha Estilo, especifique si desea modelizar reflexiones reales en la modelización final. Si seleccionó Ilustración como en Renderizar tipo, los ajustes del estilo de dicha modelización aparecen en la ficha Estilo.

Pulse Aceptar para renderizar la animación.

Nota: El trazado de curvas, vectores de fuerza y otras salidas de simulación no se transfieren ni se utilizan en Inventor Studio.

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PROBLEMA DE DISEÑO (EXPORTAR A ANALISIS DE TENSION)

Biela de motor de autos de carreras

Figura 9.1. - (Problema de diseño cortesía de Triple Eight)

PROBLEMA OBTENIDO DE: WASIM YOUNIS, Up and Running with Autodesk ® Inventor ® Simulation 2010 – A Step by Step Guide to Engineering Design Solutions. Butterworth-Heinemann (June 22, 2009), 384 páginas

El objetivo principal de este problema de diseño es mostrar cómo exportar los resultados de la simulación dinámica al entorno de análisis de tensión para realizar algún análisis.

Uniones utilizadas en este problema:

• Revolución • Esférica • Punto-línea • Prismática

Flujo de trabajo:

1) Reparar uniones redundantes y modificar restricciones de ensamble. 2) Gráfico de entrada – condiciones - ecuaciones lógicas. 3) Establecer todas las uniones en una posición 0 4) Fricción en las uniones

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INTRODUCCIÓN

En el desarrollo de autos de carreras, TRIPLE EIGHT utiliza autodesk inventor y simulación dinámica. Uno de los puntos críticos en el diseño y desarrollo de autos de carreras es el peso, debido a que este tiene un impacto considerable en el desempeño del auto. En este problema de diseño, analizaremos los principales componentes del motor y la forma en que hacen uso efectivo de la simulación dinámica para simular la explosión de los gases sobre el pistón.

Por lo tanto en este problema de diseño se determinará:

El tiempo necesario para que la velocidad del motor alcance las 7000 RPM.

El par de torsión del motor sin tener en cuenta la fricción.

El par de torsión del motor tomando en cuenta la fricción.

Las fuerzas de reacción en la biela.

Como el motor consta de cuatro bielas idénticas, solo es necesario analizar una de ellas, esto permitirá simplificar la simulación y el análisis.

Figura 9.2.- muestra parte del cigüeñal y solo un pistón.

Además de los requisitos principales, los siguientes criterios deberán de ser tomados en cuenta:

La presión máxima de combustión: 90bar o 9N/mm^2 (1 bar = 1KPa = 0.1MPa = 0.1N/mm^2)

El área de la sección transversal de la cabeza del pistón es aproximadamente 6000mm^2

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Es necesario también convertir la presión máxima de la combustión a una fuerza, por lo tanto:

Fuerza máxima = (área de la sección transversal de la cabeza del pistón)X(presión)

Fuerza máxima = 6000 mm^2 X 9N/mm^2 = 54000N = 54KN

En condiciones de operación normales, la presión aumenta y disminuye, la fuerza máxima no estará actuando siempre, el promedio de la presión será más bajo, por lo tanto para propósitos de simulación se usara un rango de 10KN a 25 KN.

Para el análisis de la fricción, lo siguiente debe ser tomado en cuenta:

La fricción en componentes clave, como los rodamientos o cojinetes = 0.2 (usualmente disponible en manuales para ingenieros).

El coeficiente de amortiguamiento (D)= 0.5 (usualmente disponible en manuales para ingenieros)

El coeficiente de amortiguamiento depende de varios factores como la viscosidad del material lubricante, velocidad, temperatura, etc.

Este coeficiente de amortiguamiento crea un par de torsión que se opone a la velocidad de la unión, por lo tanto el torque a superar se calcula:

Par de torsión = -D X v

Flujo de trabajo

1. Agrupar o soldar componentes: • Ninguno

2. Uniones: • Convertir automáticamente uniones estándar y giratorias • Establecer todas las posiciones a 0

3. Restricciones de entorno: • Aplicar fuerzas externas • Gráfico de entrada- ecuaciones lógicas

4. Análisis de resultados: • Determinar el tiempo que le toma al motor alcanzar las 7000RPM • Determinar el par de torsión del motor a las 7000RPM

Como solo hay 8 componentes y tres de ellos están fijos, no es necesario reestructurar el ensamble en sub ensambles ni soldar componentes.

228

Uniones

1.- Abrir el archivo: motor.iam

Figura 9.3.- muestra cómo se visualiza el archivo motor.iam al abrirlo en autodesk inventor.

2.- seleccionamos entornos del panel de herramientas simulación dinámica.

3.- seleccionamos configuración de simulación del panel de herramientas activamos convertir automáticamente restricciones en uniones estándar.

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Figura 9.4.- cuadro de dialogo configuración de simulación dinámica.

4.- seleccionamos el botón para expandir las opciones avanzadas en el mismo cuadro de dialogo activamos la casilla velocidad angular de entrada en rpm.

Esto le permite especificar la velocidad de rotación en revoluciones por minuto en lugar de grados por segundo.

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Figura 9.6.- muestra la activación de velocidad angular de entrada en rpm.

6.- aceptamos el mensaje de advertencia de mecanismo sobre restringido.

Figura 9.7.- cuadro de advertencia.

Ahora basándose en las restricciones de ensamble predefinidas, la simulación dinámica ha creado uniones automáticamente, como resultado el modelo está sobre restringido por dos grados de libertad, resultado de uniones redundantes.

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Figura 9.8.-muestra las redundancias del mecanismo en el navegador.

No es necesario corregir las uniones redundantes sugeridas por la simulación dinámica con el fin de eliminar la redundancia del modelo. La alteración de otras uniones no redundante puede eliminar la redundancia también.

También note que la simulación dinámica ha creado dos grupos soldados a partir de las restricciones de ensamble predefinidas además de las uniones de revolución creadas.

Antes de continuar se debe arreglar las redundancias del modelo.

Figura 9.9.- muestra las tres opciones a modificar para eliminar las redundancias.

1) No se pueden liberar dos grados de libertad alterando la unión punto-línea:2 ya que es la unión menos restrictiva, con dos grados de libertad. Si removemos estos dos grados, la

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unión pasaría a convertirse en una unión de tipo espacial. Por lo tanto los componentes (grupo soldado 1 y el rodamiento) no estarán conectados.

2) se podría suprimir una de las dos restricciones que componen la unión redundante Revolución:3 para liberar algunos grados de libertad. La primera restricción coincidencia:6 alinea al cigüeñal y el cojinete con el eje central, al suprimir esta restricción se suprime la conexión entre ellos. La segunda restricción alinea los componentes simétricamente con un plano. Suprimiendo esta restricción solo se liberara un grado de libertad. Note que eliminando la restricción no necesariamente se desalinearan los componentes.

3) en la unión revolución: 4 se puede eliminar la restricción coincidencia:9 ya que sólo alinea los componentes respecto a un plano centralmente. Removiendo esta restricción se estarán liberando dos grados de libertad y por lo tanto se estará eliminando por completo la redundancia en el diseño.

Nota: otra opción válida seria modificar las restricciones dentro del mismo entorno de la simulación dinámica o del entorno de ensamble.

7.- expandimos el nodo de la unión revolución:4 damos clic derecho en la restricción coincidencia:9 seleccionamos suprimir.

Con esto estaremos eliminando la redundancia para el modelo, y podemos comprobarlo seleccionando estado del mecanismo en el panel de herramientas.

Figura 9.10.- estado del mecanismo y redundancias.

Se esperaba una unión cilíndrica como resultado de solo dejar una restricción de tipo eje-eje. Sin embargo la simulación dinámica modifica automáticamente las uniones para evitar las redundancias en el modelo.

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Figura 9.11.-automaticamente se crea una unión punto-línea.

Ahora ya se ha creado todas las uniones necesarias. El siguiente paso es establecer las condiciones de entorno.

Restricciones de entorno

Aquí lo que se hará es aplicar una fuerza en la cabeza del pistón para simular las fuerzas de la combustión y controlarla hasta que el motor alcance las 7000RPM (42000 gr/s).

8.- seleccionamos fuerza del panel de herramientas.

9.- para su localización, seleccionamos un punto en la cabeza del pistón.

Figura 9.12.-muetra el punto seleccionado donde está actuando la fuerza.

10.- para la dirección seleccionamos un borde del cilindro.

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Figura 9.13.- muestra la dirección que tiene la fuerza inicialmente antes de cambiarla.

11.- cambiamos la dirección para que la fuerza apunte hacia abajo también especificamos un valor de 10,000 N.

Figura 9.14.- muestra la dirección final de la fuerza después de modificarla.

12.- en la parte inferior del cuadro de dialogo seleccionamos la casilla mostrar especificamos un valor de 0.00001 para la escala. Damos clic en aceptar.

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Figura 9.15.-muestra el valor para la escala en que será visualizada la fuerza.

A continuación definiremos el punto inicial del pistón.

• Nota: si no se han establecido todas las posiciones a cero, establecerlas de nuevo, dentro de la configuración de simulación en el panel de herramientas, o dando clic derecho dentro del cuadro donde se establece el valor de la magnitud antes de especificar un valor de 90 gr.

13.- damos doble clic en la unión esférica:1 grado de libertad1(R) especificamos 90 gr para la posición aceptar.

Figura 9.16.-confguracion de la unión esférica:1

Notaremos el cambio de posición del cigüeñal:

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Figura 9.17.- muestra el cambio de la posición en el cigüeñal al modificar la unión esférica: 1

14.- en el reproductor de la simulación establecemos un tiempo final de 0.01 segundos establecemos un valor de imagen de 100 reproducimos la simulación.

15.- seleccionamos el grafico de salida seleccionamos el valor de la fuerza que se encuentra debajo del nodo de cargas externas y también la velocidad de la unión prismático:5 para que ambos resultados se muestren en la gráfica.

Figura 9.18.-gráfico de salida.

237

Como se puede observar la fuerza esta activa en todo momento, por lo tanto el siguiente paso es controlar la fuerza para que cambie de activado a desactivado en la carrera ascendente del pistón.

16.- seleccionamos modo de construcción minimizamos el grafico de salida.

17.- damos doble clic en la fuerza: 1 y seleccionamos grafio de entrada. Dentro del grafico especificamos para Y1 = 10000 y Y2 = 10000.

Figura 9.19.- cuadro de dialogo para la edición de la fuerza.

Figura 9.20.- gráfico de entrada para la fuerza.

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18.- Seleccionamos la casilla condición y un cuadro de dialogo se abrirá.

Figura 9.21.- condiciones de aplicación.

19.- seleccionamos variable dentro del cuadro de dialogo, un nuevo cuadro se abrirá, seleccionamos la velocidad para la unión prismático:5 ahora seleccionamos iqual y seleccionamos inferior o igual a, por último en valor especificamos un valor de 0.00 mm/s

Figura 9.22.-condiciones de aplicaciones establecidas.

20.- damos aceptar a todos los cuadros de dialogo. Especificamos un tiempo final de 0.05 en el reproductor del simulador y reproducimos la simulación.

21.- abrimos el grafico de salida y seleccionamos V[1] para la unión esférica :1 la cual corresponde a la velocidad del cigüeñal.

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Figura 9.23.- muestra el cambio en el gráfico de salida al modificar la fuerza.

Como se observa la velocidad del cigüeñal se va incrementando con forme la fuerza es aplicada continuamente. Por lo tanto, el siguiente paso es dejar de aplicar la fuerza en el instante en que el cigüeñal alcanza la velocidad de 7000 RPM y se determinara además el tiempo que toma el cigüeñal en alcanzar dicha velocidad.

22.- seleccionamos modo de construcción damos doble clic en la fuerza:1 y abrimos el grafico de entrada seleccionamos la casilla condición y dentro del cuadro de dialogo damos clic en el signo + para agregar más condiciones.

21.- en variable seleccionamos V [1] para la unión esférica: 1, en iqual seleccionamos inferior o igual a y en el valor especificamos 7000 RPM. Damos clic en aceptar en todos los cuadros de dialogo y reproducimos la simulación.

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Figura 9.24.-modificacion de los resultados al seguir estableciendo más condiciones en el gráfico de entrada de la fuerza.

En el gráfico, se puede observar que el cigüeñal alcanza la velocidad objetivo de 7000 RPM (42000 gr/s) en un tiempo aproximado de 0.025s para 10000N.

La razón por la cual la velocidad no es constante debido a la inercia y la dinámica del modelo. Es posible afinar aún más los resultados mediante la alteración de las propiedades de masa y la geometría del modelo. La velocidad del cigüeñal se puede refinar aún más tratando de simular los cuatro pistones y con la introducción de un volante de inercia.

22.- ahora damos clic en modo de construcción y cambiamos el valor de la fuerza de 10000N a 25000N en el gráfico de entrada. Y volvemos a reproducir la simulación.

Notaremos que ahora el cigüeñal tarda aproximadamente 0.01 s en alcanzar las 7000RPM. Hay que tomar en cuenta que hasta este momento no se tomó en cuenta la fricción en las uniones.

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Figura 9.25.- muestra el cambio en los resultados al cambiar el valor de la fuerza de 10000N a 25000N.

A continuación se determinara el torque del cigüeñal con y sin fricción.

23.- minimizamos el grafico de salida y seleccionamos modo de construcción. Suprimimos la fuerza: 1. Damos doble clic en la unión esférica:1 vamos a la ficha grado de libertad 1(R) movimiento impuesto seleccionamos velocidad y especificamos un valor de 7000RPM. Aceptar. Reproducimos la simulación.

Figura 9.26.- muestra como se establece movimiento impuesto en la unión esférica: 1.

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24.- Vamos al gráfico de salida y deseleccionamos todas las curvas, ahora vamos a la unión esférica: 1 seleccionamos el nodo fuerza directriz U_impuesto [1].

Figura 9.27.- Como podemos observar en los valores del gráfico, el torque varia de forma cíclica de -94259.9 N.mm a 92656.3 N.mm aproximados.

Ahora se agregara fricción en todas las uniones.

25.- minimizamos el grafico de salida y seleccionamos modo de construcción damos doble clic en la unión esférica: 1 grado de libertad 1(R) editar par de la unión especificamos los valores siguientes: amortiguamiento = 0.05, coeficiente = 0.2 y radio = 25mm aceptar

Figura 9.28.-especificacion de los valores en la unión esférica: 1.

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Para el resto de las uniones realizamos la misma acción con los valores siguientes:

Unión Grado de libertad

Amortiguamiento Coeficiente de fricción

radio

Punto-linea:2 DOF3(R) 0.05 0.2 25mm Revolución:3 DOF1(R) 0.05 0.2 17.5mm Prismático:5 DOF1(T) 0.05 0.2 - Punto-linea:4 DOF3(R) 0.05 0.2 9mm

Tabla 9.1.- muestra los grados de libertad para las uniones existentes.

26.- reproducimos la simulación y deseleccionamos todas las curvas, seleccionamos ahora la unión esférica:1 fuerza directriz U_impuesto[1].

Figura 9.29.- muestra cómo se comporta el par de la unión debido a las modificaciones hechas.

El par máximo y mínimo han aumentado debido a la fricción y para poder mantener las 7000RPM.

En el gráfico de salida Deseleccionamos U_impuesto [1] y seleccionamos U [DOF] debajo del nodo de esfuerzos articulatorios para todas las uniones.

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Figura 9.2.30.- muestra lo torques requeridos para superar la fricción en cada unión. Pueden ser consideradas como perdidas.

A continuación se mostrara como exportar las reacciones calculadas en el entorno de la simulación dinámica y hacer un análisis en el entorno de análisis de tensión para una pieza, en este caso utilizaremos la biela.

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Exportar a análisis de tensión Ahora Continuando con el mismo problema de diseño se mostrará como exportar las cargas al entorno del análisis de tensión. Y además realizar un análisis de una de las piezas, en este caso será la biela.

Determinaremos:

El esfuerzo máximo de la biela en operación. La deflexión máxima en la biela El factor de seguridad

Cabe mencionar que Para determinar tales requisitos utilizaremos las siguientes restricciones de diseño:

Material: aluminio-6061 Factor de seguridad mínimo de 3 Peso mínimo del pistón de 350g Peso mínimo de la biela de 500g incluyendo tornillos y cojinetes Peso mínimo del cigüeñal de 11kg

Primero determinaremos las reacciones que actúan en la biela.

Nota: puede continuar trabajando con el archivo ya abierto.

También existe un archivo llamado motor_final.iam el cual contiene ya todo el análisis en simulación dinámica y está listo para exportar las cargas al análisis de tensión, si es este el caso, abra el archivo y pasar al entorno de la simulación dinámica reproducir la simulación y a continuación habrá el grafico de salida.

Reduzca el tiempo de la simulación de 0.05 a 0.02. Con el fin de apreciar mejor la gráfica, esto no afectara en nada ya que el comportamiento del mecanismo es cíclico.

1.-En el gráfico de salida seleccionamos la fuerza para la unión revolución:3 y punto-linea:4, estas fuerzas son las que están asociadas con la biela. Después con clic derecho en los valores de la unión revolución:3 seleccione buscar máximo.

La fuerza máxima para esta unión es de 6919.04N aproximada, esta será la fuerza que se exportara al análisis de tensión.

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Figura 9.31.- muestra las fuerzas que serán exportadas al análisis de tensión.

2.- seleccionamos el recuadro en la columna exportar a CEF que corresponde a la fuerza máxima de la unión revolución: 3.

Para la unión punto-línea: 4 realizamos los mismos pasos damos clic derecho en la columna y seleccionamos buscar máximo. En la columna exportar a CEF seleccionamos el recuadro correspondiente para este valor. Cerramos el grafico de salida.

Figura 9.32.-muestra los instantes de tiempo en el navegador que fueron seleccionados en el cuadro de valores.

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3.- seleccionamos exportar a CEF

Figura 9.33.-icono exportar a CEF que se encuentra en el panel de herramientas.

Un cuadro de dialogo se abrirá, aquí seleccionamos la pieza a la cual se le realizara el análisis, en este caso seleccionamos la biela.

Figura 9.34.- muestra la pieza seleccionada para realizar el análisis en el entorno de análisis de tensión.

Un nuevo cuadro aparecerá, aquí seleccionaremos las caras donde serán transferidas las cargas.

Para la unión de revolución:3 seleccionamos la cara como se muestra en la figura, esta cara es la cara asociada a dicha unión y aquí se encuentran las reacciones para esta unión.

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Figura 9.35.- se muestra como seleccionar las caras con respecto a la unión asociada a ellas.

Ahora seleccionamos la unión punto-linea:4 en la parte inferior del cuadro de dialogo para después seleccionar la cara correspondiente a esta unión. Seleccionamos la cara como se muestra en la imagen. Damos clic en aceptar.

Figura 9.36.- se muestra como seleccionar las caras con respecto a la unión asociada a ellas.

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En el panel de herramientas seleccionamos terminar simulación dinámica.

4.- seleccionamos la ficha entornos seleccionamos análisis de tensión.

En el panel de herramientas seleccionamos crear simulación.

Figura 9.37.- cuadro de dialogo para la creación de una simulación dentro del entorno de análisis de tensión.

5.- Seleccionamos análisis estático habilitamos la casilla análisis de cargas en movimiento.

Como podemos observar automáticamente aparecen ambos tiempos que fueron exportados desde el entorno de la simulación dinámica, el primero corresponde al tiempo en que se presenta

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la fuerza máxima en la unión revolución: 3 y el segundo corresponde a fuerza máxima para la unión punto-línea: 4.

6.- damos clic en aceptar. Como podemos observar varias cargas han sido creadas y ya no es necesario tampoco crear restricciones. Lo cual simplifica el análisis.

Figura 9.38.- vemos el resultado al crear una nueva simulación con los valores exportados de la simulación dinámica.

7.- seleccionamos vista de malla para visualizar la malla antes de ejecutar la simulación.

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Resultados

8.- damos clic en simular y observamos los resultados.

ESFUERZOS RESULTANTES:

Figura 9.39.- muestra en la parte izquierda el rango mínimo a máximo la tensión de Von Mises.

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FACTOR DE SEGURIDAD:

Figura 9.40.- muestra el valor mínimo y máximo del factor de seguridad.

Ahora en el entorno del análisis de tensión podemos realizar infinidad de modificaciones con el fin de optimizar el diseño. En este caso solo se pretende mostrar como exportar cargas y reacciones para una pieza en especial y así realizar un análisis.

9.- cerrar el archivo.

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Conclusión

En este trabajo se presentaron dos de las más importantes herramientas que autodesk inventor proporciona como son la simulación dinámica y análisis de tensión, en ellas podemos apoyarnos para analizar un sin número de piezas, ensambles, mecanismos y todo tipo de diseños y prototipos de la más alta complejidad y realismo, sin embargo, para ello necesitamos conocer y comprender cada uno de los comandos proporcionados en autodesk inventor, lo cual fue el objetivo principal de este trabajo.

Por lo tanto, Podemos concluir, que conociendo todas estas herramientas, un ingeniero, diseñador o estudiante puede hacer un uso óptimo del software para obtener las grandes ventajas que la simulación proporciona, las cuales también fueron expuestas en esta obra.

De ante mano, agradezco a todas las personas que me apoyaron y facilitaron el desarrollo de este trabajo, y que sin ellas no hubiese sido posible.

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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

AUTODESK INVENTOR – México. Consultado en: http://mexico.autodesk.com/adsk/servlet/home?siteID=1002155&id=7659874

WASIM YOUNIS, Up and Running with Autodesk ® Inventor ® Simulation 2010 – A Step by Step Guide to Engineering Design Solutions. Butterworth-Heinemann (June 22, 2009), 384 páginas.

AUTODESK INVENTOR 2011 SIMULATION, GetStart Autodesk, Inc. (marzo 2010) 111 McInnis Parkway San Rafael, CA 94903, USA 82 p. Daniel T. Banach, Travis Jones, Alan J. Kalameja, Autodesk Inventor 2010 Essentials Plus Autodesk Press; 1 edition (May 11, 2009), 768 p. Delmar 5 Maxwell Drive Clifton Park, NY 12065-2919 USA