APLICACIÓN DE ELEMENTOS FINITOSTALLER II UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA DEPARTAMENTO DE INGENIERIA MECANICA Y MECATRONICA JUAN CAMILO CARRILLO (235020), ANDRES STEVEN MOLINA (235053) PUNTO 1 Creación de la pieza en AutoCAD. Para solucionar este punto se realizó el boceto de la llave en AutoCAD con las medidas que se propusieron en el problema, a continuación se muestra el boceto obtenido: En este se observan los puntos que ser realizó para cada nodo de la pieza, además se aprecian las subdivisiones para cada uno de los superelementos. Ya con el boceto creado se procede a numerar los nodos de la pieza con una capa llamada Z88KNR y la herramienta texto de AutoCAD, de donde se obtuvieron 63 nodos, a continuación se muestra la pieza con la numeración de los nodos: Para este caso se optó por elementos de tipo 7 es decir de 8 nodos, y estos superelementos se desean dividir en elementos también de tipo 7, esto aplica para todos los superelementos de la pieza que en total son 12, las subdivisiones de estos se realiza según la guía del problema, a continuación se muestra la pieza con la definición de los superelementos, esta definición se realiza con la capa Z88EIO y la herramienta texto de AutoCAD: Ahora se realiza la malla teniendo en cuenta la guía para los elementos tipo 7, además teniendo cuidado del orden que se definió previamente para los superelementos, además de la ubicación de los ejes para realizar las subdivisiones del superelemento, para que este quede de la forma deseada, a continuación se muestra la malla que se realiza con la capa Z88NET: Ahora con la capa Z88GEN se realiza un texto, en el cual está la información necesaria para exportar el archivo a Z88, el cual depende de la cantidad de dimensiones, el número de nodos, el número de superelementos y los grados de libertad de la pieza, el cual para este caso son la cantidad de nodos multiplicado por 2 ya que solo se tiene dos grados de libertad por cada nodo, uno en X y otro en Y. El texto que se ingreso fue el siguiente: Z88NI.TXT 2 63 12 126 0 0 0 A continuación se muestra la pieza, mostrando solo las capas relevantes: en este menu se escoge la opción: DXF super-structure to Z88Aurora super-structure. Importación de la pieza a Aurora Z88: Se crea un proyecto en Z88.dxf.dxf R12. .Ahora se guarda el archivo en el formato . donde se le da en la opcion importar un archivo . esto se hace en el menu Pre-processor. en la opcion Thickness: Donde se abre el siguiente menu: . inportamos y nos abre la siguiente ventana: Generacion de los parametros de espesor y material de la pieza: Se genera el espesor a la pieza.Aquí seleccionamos el archivo que creamos anteriormente en AutoCAD. Se le da en la opción Add y se cambia el espesor a 8 mm Ahora se define las propiedades del material de la pieza. esto se realiza en el menú Pre-processor en la opción Database: . donde se abre el siguiente menú en donde llenamos las propiedades del el material.Donde se abre el siguiente menú: Aquí le damos en la opción Add. .85 E-009 Kg/mm^3 Las unidades se ingresan en mm ya que la pieza también se hizo en mm.000 N/mm^2 Relación de Poisson = 0. las cuales son las siguientes: Módulo de Elasticidad= 212 GPa= 212.3 Densidad= 7. Se crea el material y se define como el material de la pieza. para esto se abre la opción Pre Procesor.Creación de lo Sets de la pieza: Ahora se crean los sets para cada una de las secciones de la pieza. y en la opcion Picking: En este menu se escoge la opción Selected elements. . es decir.Aquí se selecaciona cada una de la seccciones con la tecla CTRL mas click cobre cada triangulo de cada seccion y se le da en la opcion agregar set. . el superelemento 1 es el set 1. Lo sets se nombran en el mismo orden el cual se anoto en el archivo de AutoCAD. para este caso la subdiciones son iguales por lo que se elije en cada opcion equid. que en este caso es tipo 7 para todo. para esto es necesario crear dos sets uno para poner la restriccion de movimiento y otra para poner la fuerza de 700 N. . ademas ponemos la cantidad de subdiviones que queremos en cada set. según lo que se establecio previemente en el archivo de AutoCAD. donde se despliega el siguiente menu: Aquí seleccionamos cada uno de los Sets y ponemos el tipo del elemento.Creación del Mallado de los Superelementos: Se procede a crear los superelementos esto se hace en el menu Pre-processor en la opción Super Elements. Luego de que se hallan creado las Rules para cada uno de los superelementos se le da en la opción Create Mesh. para la direccion X y Y. de donde se obtiene la siguiente malla refinada: Ahora se crean las restriciones del problema. luego se le da en Add para añadir cada una de la subdiviciones. ya que en este caso no se van a seleccionar secciones. Ahora se definen la restricciones del problema. Aquí escogemos la restriccion respectiva para cada Set. se abre el menu Pre-procesor y se le da en la opcion picking pero en este caso seleccionamos la opción Selected nodes. para cada set. . Set de ubicación de la fuerza (Set 4 ): Se escogieron los nodos cercanos a la ubicación que propone el problema. si no. Set para restriccion de movimiento (Set 3).Creacion de la restircciones de la pieza: Para poner los sets. esto se hace en el menu Pre-procesor en la opción Define. los nodos cercanos a la ubicación de las restricciones. Se escogieron los puntos cercanos a donde estaria la tuerca. ademas se impide la rotacion en todos los ejes. que en este caso se escojieron 10. se debe tener en cuenta los nodos que se tiene.Set 3: en este escojemos una resticción de desplazamiento y el valor sera de 0. se impide el desplazamiento en todos los ejes. esta restricción se llamara Tuerca. pero como es una fuerza uniformemente distribuida. Set 4: En esta se genera la restricción de tipo Fuerza con un valor de 700 N en la direccion Y negativa. por lo tanto la carga que se pone es 700/10=70N . Ahora se muestran los resultados obtenidos. para esto vamos al menu Solver Se le da en Start calculation. se observa que en este caso no presenta problemas la simulación. . Resultados: Deflecciones obtenidas.Simulación: Ya con las restriciones puestas se puede proceder a simular las cargas. y compare los resultados con los del punto anterior. lo que permite obervar los puntos criticos de la pieza con mayor precisión. Primero se hace un boceto con la geometría establecida por el problema . Exponga qué software utilizó y cómo realizó la exportación. Esfuersos obtenidos: A continuación se muestra la grafica de esfuerzo en cada punto. ya que este esta bastante cerca del esfuerzo de fluencia de varios aceros. qué valor máximo de mallado elige en Z88 y por qué. MODELADO DE LA PIEZA El modelado de la llave se ha realizado en Autodesk Inventor 2015. PUNTO 2 DEFINICIÓN DEL PROBLEMA Modele la llave del punto anterior en elementos tipo SOLID tetraédricos lineales.11 mm. y establezca las mismas cargas. en el lugar mas alejado de donde la llave estaba apoyada.Se observa que las mayor defleccion obtenida fue de 1. ademas la magnitud de la deflexión maxima tiene valores coherentes. lo cual nos dice que la pieza tal vez falle a estas cargas. Se observa que el mayor esfuerzo que soprta la pieza es 190 MPa lo cual es un valor alto de esfuerzo. lo cual es algo que se esperaba. lo que da buena fe de los resultados obtenidos. ya que esta da a menor escala los valores del esfuerzo en cada punto. ipt a formato . EXPORTACIÓN A Z88 AURORA Para la exportación al programa Z88 Aurora se guarda el archivo creado originalmente creado en .Luego se hace una extrusión de 8 mm a partir del boceto para obtener el modelado 3D de la llave Se obtiene el modelo final de la llave para la exportación al programa z88 aurora.STEP . STEP .Desde Z88 Aurora abrimos el modelado en formato . Una de 2 mm.ENMALLADO Para el enmallado de la pieza se utilizaron elementos tetraédricos lineales Para el criterio de lección de tamaño de malla se hizo una prueba con 3 tipos de malla. otra de 4 mm y otra de 8 mm. La de 2 mm difícilmente se podía distinguir los nodos en la pieza y la de 8 mm era muy grande. . Por este motivo se escogió la malla de 4mm. MATERIAL Se ingresó un nuevo material llamado Acero Nitrurado con sus respectivas propiedades mecánicas. CREACIÓN DE SETS SET 2 SET 3 RESTRICCIONES . RESULTADOS Para deformaciones nodales se obtuvieron los siguientes resultados .Para el set 2 se consideró una restricción de movimiento nulo en toda la superficie de contacto entre la llave y el perno. En cuanto al set 3 se estableció una carga de 700N en la dirección negativa del eje Y. En cuanto a esfuerzos en la llave se sacaron los esfuerzos nodales y los esfuerzos de puntos de Gauss. ANÁLISIS DE RESULTADOS . Estos resultados concuerdan con lo esperado ya que en esta zona se tiene una menor área de sección transversal y un torque grande debido a la carga aplicada.94 mm ante la carga de 700N o 71. No obstante se escogen los valores más altos de esfuerzo ya que si en dado caso se estuviera diseñando la llave. mas no solo en el eje Y. si el núcleo de cobre actúa como un generador de 0.Los resultados de desplazamientos nodales muestran un máximo valor de 0.19 ? °? ?? °? ? ? = 0.35 Kg fuerza.5W de energía y además existe convección natural con el aire circundante en todos los bordes menos el inferior con unas condiciones de frontera dadas por: .017 ? °? ?? °? ?????? = 380 ? ? = 0. Los esfuerzos que dan más alto son los de los puntos de Gauss con un valor máximo de 162MPa en la zona más cercana al cambio de sección superior. En cuanto a los esfuerzos que sufre la llave al momento de aplicar la carga vemos que los dos resultados varían poco. Es de esperarse que el máximo desplazamiento se encuentre en la parte inferior de la llave puesto que en la parte superior tiene una condición de desplazamiento nulo. Los valores dan un valor positivo porque se están analizando desplazamientos totales.38 ? °? ?? °? Determine el flujo de calor y la distribución de temperaturas. se obtendría un diseño más conservador con dichos valores. PUNTO 3 DEFINICIÓN DEL PROBELMA Para el siguiente disipador de calor de espesor = 1mm Las conductividades eléctricas de los materiales son: ????????? = 190 ?????? = 17 ? ? = 0. 5 W.Create. DEFINICIÓN DE LA GEOMETRIA Debido a la geometría simple que tiene la aleta se puede generar una rejilla con las dimensiones y espaciamientos adecuados para el problema Para empezar a modelar nos dirigimos a la pestaña Modeling. seleccionamos los cuatro vértices de cada cuadrado para empezar a generar las áreas del disipador de calor.00005 ? ??2 °? ANALISIS REALIZADO EN ANSYS 14. En el borde inferior no ocurre transferencia de calor con el ambiente. Fuente de generación de calor de 0.0 SUPOSICIONES Y CONSIDERACIONES Conducción bidimensional. luego. . Materiales con conducción isotrópica. Convección natural en todos los bordes menos el inferior.Coeficiente de convección: ℎ = 50 Temperatura ambiente: 15 °C ? ?2 °? = 0.Area.By Vertice. Seguimos el mismo proceso hasta tener la geometría del disipador completa Hemos creado entonces 6 áreas diferentes. . La primera operación es un add (agregar) las áreas que componen el Aluminio. esto hace que sean necesarias tres operaciones adicionales. Se obtiene como resultado: . La última operación se realiza con el fin de que ANSYS entienda que el cuerpo es la suma de tres áreas y que no existen discontinuidades entre ellas.La segunda operación consiste en sobreponer el cobre del acero para que no se comporten como un solo material. esto se logra con la herramienta Overlap. esto se logra con la herramienta Glue. ASIGNACIÓN DE PROPIEDADES .sk/html/elem_55/chapter4/ES4-77.TIPO DE ELEMENTO Para el análisis térmico en estado estable del disipador se escogió el elemento tipo solid 8node 77. Tomado de: http://mostreal.htm Este elemento es cuadrilateral (8 nodos) y es adecuado para modelar los problemas tanto de transferencia de calor invariante en el tiempo como problemas transitorios. .Se crean tres diferentes materiales y se ingresa la conductividad térmica isotrópica del cada uno de estos. La designación de material resultante es: Material 1: Aluminio Material 2: Acero Material 3: Cobre ENMALLADO Como el problema involucra condiciones de frontera se hace necesario enmallar los contornos de toda la sección. Se escoge un tamaño de elemento de 5mm. Se tiene convección natural en todos los bordes menos el inferior y en este transferencia de calor nula con el ambiente. La malla resultante nos queda: DEFINICIÓN DE RESTRICCIONES . Se selecciona área por área y se asigna según su material (material 1. A toda la malla se le da un tamaño de 2 mm. si el valor era menor el programa generaba advertencia de elementos pobres.Posterior a este proceso nos centramos en enmallar las áreas del disipador. 2 o 3). 5? ? cobre y asignamos su valor constante de 100 ??2 = 0. picamos el área del 0. No obstante si esta línea no tiene ninguna otra restricción el software considera que es una frontera aislada (no tiene transferencia de calor con los alrededores). Al final todo el preproceso podemos indicarle al programa que simule el disipador a las condiciones dadas. Para la frontera de abajo se puede considerar un flujo de calor con los exteriores de 0 poniendo una restricción de tipo Heat Flux. . La simulación no contiene ningún error ya que el mensaje de Solution Is Done aparece en pantalla. se asigna el valor del coeficiente conectivo así como la temperatura ambiente.Para la condición de generación de calor. luego se da click en las líneas.05 ??2 Para la condición de convección natural se selecciona Convection-Lines. seleccionamos Heat Generat.Areas. .RESULTADOS Para observar la distribución de temperatura ingresamos a DOF solution y temperaturas nodales. En cuanto al flujo de calor se observa que este tiene los valores más altos en la parte media-superior del disipador. La mayor temperatura se alcanzó. en la fuente de generación de calor un poco desfasada hacia abajo por la condición de frontera de no transferencia de calor con el medio ambiente y sin desfasamiento lateral debido a simetría en las condiciones de frontera. El valor mínimo se posiciono en toda la zona superior debido a su distanciamiento con respecto a la fuente de generación. Como se esperaba la zona inferior del disipador. Es de esperar este resultado ya que la parte superior presenta una condición conectiva mientras que la parte inferior no lo hace. como era de esperarse. debido a su condición de frontera.8 °C y mínimo de 66. Esto se debe a que el gradiente de temperatura entre la parte superior y la fuente de calor es más grande que el gradiente entre la parte inferior y este mismo.7°C.Para el flujo de calor obtenemos: ANALISIS DE RESULTADOS Para la distribución de temperaturas se obtuvo un valor máximo de 75. . alcanza temperaturas más altas que la zona superior de este.