Unidad Profesional Interdisciplinaria de Ingeniería Campus Zacatecas
Practica 1
Materia: Ingeniería Asistida Asistida por Comutadora Comutadora Profesor:: Carlos Profesor Carlos Daniel Mandujano Alumnos: Eleazar Pacheco Reyes Tonatiuh Yeudiel Chávez Inguanzo
Fecha de entrega: miércoles, 1 de marzo de 2017
Introducción El programa permite modelar piezas y conjuntos y extraer de ellos tanto planos técnicos como otro tipo de información necesaria para la producción. Es un programa que funciona con base en las nuevas técnicas de modelado con sistemas CAD. El proceso consiste en traspasar la idea mental del diseñador al sistema CAD, "construyendo virtualmente" la pieza o conjunto. Posteriormente todas las extracciones (planos y ficheros de intercambio) se realizan de manera bastante automatizada.
Análisis estático Mediante los análisis estáticos de piezas o modelos compuestos, se puede simular los desplazamientos, las fuerzas de reacción, las tensiones y las deformaciones unitarias que se producen en su modelado tridimensional bajo unas condiciones de contorno previamente definidas. Además, podemos evaluar el Factor de Seguridad de un modelo simulado, pudiendo rediseñado la pieza para evitar problemas durante el funcionamiento real de la pieza. por tanto, podemos optimizar el diseño sin necesidad de fabricar ningún modelo ni realizarle pruebas de campo que encarecen el producto final. Los análisis estáticos, se realizan bajo dos condiciones:
• Suposición Estática: Esto Implica que las cargas se aplican lenta y gradualmente hasta que se alcanzan sus magnitudes completas. A partir de este punto, las cargas permanecerán constantes. • Linealidad: Es decir, la relación entre las cargas y la respuesta del material es lineal. Cuando se duplica la carga, también lo harían las deformaciones unitarias, d desplazamientos o las tensiones.
Existen una gran variedad de aplicaciones para estos estudios, como pueden ser piezas o sistemas que tienen que soportar una carga aplicada de forma secuencias sin impacto, como pueden ser estanterías o cualquier soporte. Los análisis estáticos, teniendo en cuenta las suposiciones q ue los caracterizan, nos pueden ayudar a identificar si nuestro modelo cumpliría con los requisitos para lo que será fabricado, evitando gastos innecesarios y mejorando sus propiedades.
Objetivo Utilizar las herramientas de análisis estático del software “ SolidWorks” para predecir el comportamiento que tendrán las piezas a determinadas cargas o tensiones.
Primera Parte: Análisis Estático Problema 1: Para la viga mostrada en la figura, determine el máximo esfuerzo, así como la de-
formación máxima de la misma de acuerdo a la carga mostrada.
FIGURA 1. PRIMERA VIGA
Mediante la herramienta de toolbox se realizo la viga de perfil S12x35, como se muestra a continuación:
FIGURA 2. VIGA DE PERFIL S
FIGURA 3. ESFUERZO DE TENSIÓN
En la figura 3 se muestra la tensión a la que se ve sometida la viga, podemos ver mediante el degradado de tensión que el máximo esfuerzo de tensión es de 3.51e+008.
FIGURA 4. DEFORMACIÓN
Como se muestra en la figura 4, la máxima deformación a la que se ve sometida la viga es de 1.836 mm, y se encuentra en la porción mas central de la viga aproximadamente.
Problema 2: Para la viga mostrada en la figura, determine el máximo esfuerzo, así como la de-
formación máxima de la misma de acuerdo a la carga mostrada.
FIGURA 5. SEGUNDA VIGA Primero, se realizo el diseño de la viga a partir del software “ SolidWorks”, después se realizaron las particiones por cada cara, las cuales nos permitirán colocar las sujeciones y las fuerzas para el análisis de la viga, a continuación se muestra el análisis de tensión:
FIGURA 6. TENSIÓN VON MISES Como se muestra en la Figura 6, la tensión a la que se somete la viga se ve representada de mayor forma en los puntos donde se aplican las fuerzas, pero de igual manera en los puntos donde están las sujeciones. Además, podemos ver en la imagen que en ninguna parte se sobrepasa el limite
elástico del material, apoyándonos en el degradado de tensión mostrado. El máximo esfuerzo es aproximadamente de 3.45x10 8(N/m2 ).
FIGURA 7. DESPLAZAMIENTO En la Figura 7 podemos observar el desplazamiento que realiza la viga debido a las fuerzas aplicadas, como se observa el mayor desplazamiento por realiza la parte media de la viga, bajando gradualmente conforme se aleja a cada extremo. La máxima deformación llega a alcanzar los 1.826mm.
Segunda Parte: Análisis Estático Problema 1: La pieza mostrada en la figura está diseñada para fabricarse en una aleación de
aluminio 1060 H16 y para que soporte una carga de 12000N. Verifique que la pieza es capaz de soportar la carga. Identifique las zonas que presentan mayor concentración de esfuerzos.
FIGURA 8. APLICACIÓN DE CARGAS Y SUJECIONES
FIGURA 9. DIMENSIONES
Se realizaron diversos análisis debido a las modificaciones que se le dieron a la pieza para poder soportar la carga determinada en el problema, a continuación se muestran dichos análisis.
Análisis 1:
FIGURA 10. ANÁLISIS ESTÁTICO DE TENSIÓN 1
En este análisis mostrado en la Figura 10 podemos observar la tensión a la que se encuentra nuestra pieza, se puede ver que en los orificios ( Rojo ) es donde se presentan los mayores concentradores de esfuerzos, y por lo tanto donde se presenta mayor tensión (2.336e002 N/mm^2).
FIGURA 11. FACTOR DE SEGURIDAD 1
A partir de la Figura 11 podemos observar donde habrá falla en el material al aplicarse las fuerzas ya determinadas. A partir de esto podemos decir que a la pieza se le deben realizar modificaciones para que pueda soportar las cargas.
Análisis 2:
FIGURA 12. ANÁLISIS ESTÁTICO DE TENSIÓN 2
Al realizar una modificación en la pieza, quitando el ángulo de 90º presente en la pieza, buscando que la pieza sea capaz de soportar las cargas y así poder evitar una posible falla. Podemos obser var en la figura 11 que el máximo esfuerzo de tensión es de 1.799e002 N/mm^2. Comparando dicho resultado con la pieza anterior notamos una ligera disminución.
FIGURA 13. FACTOR DE SEGURIDAD 2
Observamos en la Figura 12 que las zonas en las que fallara la pieza se redujeron medianamente a comparación con la pieza anterior, pero aun debe modificarse para que sea capaz de soportar de mejor manera la carga.
Análisis 3:
FIGURA 14. ANÁLISIS ESTÁTICO DE TENSIÓN En la Figura 14 se aprecia notablemente el redondeo presente en los ángulos ( Amarillo ), esto buscando que las zonas en que la pieza falla sean nulas. También podemos observar que las zonas donde se concentra más el esfuerzo se redujeron significativamente.
FIGURA 15. FACTOR DE SEGURIDAD 3
Podemos observar en la Figura 15 que las zonas en donde la pieza falla se redujeron bastante en comparación con la primera y segunda pieza, por lo que creemos que con estas modificaciones la carga seria aceptablemente soportada. Problema 2: La pieza mostrada en la figura 2 debe soportar una carga de 2000 N, garantizando
un Factor de Seguridad FS = 2. Indique que material sugiere que debe usarse. Simplifique el modelo al máximo.
FIGURA 16. APLICACIÓN DE CARGAS Y SUJECIONES
FIGURA 17. DIMENSIONES
Para poder realizar las sujeciones y cargas en la pieza, se opto por realizar un corte por la parte media de la pieza. Esto nos permitirá colocar cargas y sujeciones de manera mas precisa. A continuación se muestra lo realizado:
FIGURA 18. SECCIÓN TRANSVERSAL
En la Figura 18 se aprecia las caras y sujeciones aplicadas en la sección media de la pieza. A continuación se procedió a realizar el análisis d e la misma.
FIGURA 19. MATERIAL ESCOGIDO Se escogió un aluminio 1060-H16 por ser el mas utilizado en las primeras practicas de este curso.
Mediante la herramienta de factor de seguridad, y estableciendo un “Area por debajo del factor de seguridad” de dos, para verificar si alguna zona sobrepasa ese factor, podemos observar el análisis:
FIGURA 20. FACTOR DE SEGURIDAD
FIGURA 21. FACTOR DE SEGURIDAD Como se muestra en la Figura 21, ninguna zona del material tiene zonas con posibles fallos, ademas, como se muestra en la Figura 20, el Factor de seguridad mínimo es 3.56473, que esta por encima de 2, por lo que se cumple lo requerido.
Problema 3: La pieza mostrada en la figura debe fabricarse en una aleación de aluminio 1060
H16 para soportar una carga de 4000 N. Si la pieza no es capaz de soportar la carga, modifique la geometría de la misma para garantizar que pueda soportarla. Las dimensiones mostradas no pueden ser modificadas.
FIGURA 22. APLICACIÓN DE CARGAS Y SUJECIONES
FIGURA 23. DIMENSIONES DE LA PIEZA
Primero, se realizo la pieza conforme a las medidas mostradas, y se realizo el análisis estático.
FIGURA 24. ANÁLISIS DE TENSIÓN
En el análisis de tensión podemos asumir que la pieza puede soportar la carga aplicada, ya que no se presentan grandes zonas con la máxima tensión mostrada en el degradado izquierdo. Se busco reforzar la pieza con nervios en los ángulos principales de la pieza (Figura 25), obteniendo los siguientes resultados del análisis aplicado.
FIGURA 25. NERVIOS APLICADOS
FIGURA 26. ANÁLISIS DE TENSIÓN
En la Figura 26 podemos observar que la máxima tensión presente en la pieza se redujo de 9.130e+007 a 4.973e+007 con respecto a la anterior, siendo una reducción bastante significante, por lo que podemos decir que a pesar de que la pieza ya soportaba las cargas aplicadas, con la modificación realizada se ve sometida a menos tensión, soportando mejor la carga.
Problema 4: Diseñe un gancho que soporte una carga de 2000 N para que pueda ser usado en
una grúa industrial. Justifique la geometría y el material utilizado.
FIGURA 27. SUJECIONES Y FUERZAS La geometría se baso en los ganchos convencionales presentes en las grúas industriales, las sujeciones y las cargas se determinaron de acuerdo a los requisitos del problema.
FIGURA 28. ANÁLISIS ESTÁTICO DE TENSIÓN Como se puede observar en la Figura 28, la mayor tensión se presenta en la zona mostrada ( Rojo ). Se puede interpretar que en esta zona es donde el gancho se desgastara más, pero creemos que no lo suficiente para presentar una ruptura en el mismo, dado que el factor de seguridad es aproximadamente 5.2 con un acero AISI 1020, y que el limite elástico del material es de 3.516e+002, y la tensión máxima aplicada es de 6.814e+001, por lo que no supera el limite elástico del material.
Problema 5: Determine cuál es la carga máxima de tensión que puede soportar el siguiente
componente fabricado en acero.
FIGURA 29. DIMENSIONES DE LA PIEZA
En la figura 30 podemos observar las sujeciones y fuerzas aplicadas, esto simulando los ganchos con roscas introducidos en el. Estos simulan el agarre y el jale que se aplicaría en la pieza de acero AISI 1020.
FIGURA 30. SUJECIONES Y FUERZAS APLICADAS
FIGURA 31. ANÁLISIS DE TENSIÓN
Al observar el análisis de tensión de la figura 31 observamos que la parte central de la pieza es la que esta sometida a mayor tensión, manteniéndose en el rango de 1.962e+002 a 2.6e+002 aproximadamente. Aunque la mayor tensión es de 3.352e+002, esta se presenta solo en pequeños lugares de la pieza. Por otra parte, al observar el limite elástico del material (3.516e+002) y comparándolo con la máxima tensión en el material, hay un pequeño margen por el cual la máxima tensión esta por debajo del limite elástico.
Tercera Parte: Análisis Estático Problema 1: Determine si las piezas del siguiente ensamble son capaces de soportar una carga
de 2500N.
FIGURA 32. DIMENSIONES
Procedimos a colocar las cargas y sujeciones en el ensamble.
FIGURA 33. CARGAS Y SUJECIONES Después, realizamos el análisis de tensión.
FIGURA 34. ANÁLISIS DE TENSIÓN Podemos observar de la Figura 34, que el material en ningún punto supera el limite elástico (248.168 N/mm^2) , por lo que podemos decir que soportara las cargas correspondientes.
Problema 2: Determine el factor de seguridad mínimo del ensamble si se aplica una carga de
tensión de 3ksi.
Después de realizar el ensamble de acuerdo a las especificaciones procedimos a realizar el análisis para determinar el factor de seguridad mínimo del ensamble.
FIGURA 32. PERNOS COLOCADOS
En la Figura 32 se muestra la simulación de pernos en los orificios correspondentes, esto nos ayuda a saber el comportamiento real del ensamble.
FIGURA 33. FACTOR DE SEGURIDAD MÍNIMO Podemos observar en la Figura 33 que el factor de seguridad dado por el análisis del ensamble es de 1.6e+002.
Problema 4: Para la siguiente viga determina si hay pandeo o no.
Para la viga se le aplicara una carga de 25000N, a partir del análisis de pandeo podremos verificar si existirá o no un pandeo determinado.
En la Figura 35 podemos observar el factor de carga (1.1636), como este factor es mayor a 1 podemos decir que no habrá pandeo.
FIGURA 34. CARGA APLICADA
FIGURA 35. ANÁLISIS DE PANDEO.
Conclusiones En la realización de esta practica pudimos utilizar diveras herramientas proporcionadas por el software “SolidWorks” las cuales nos permitieron poder realizar el análisis de múltiples piezas y ensambles para comprender el comportamiento que tenían a diversas cargas y sujeciones, todo para poder comprender como poder realizar algún producto sabiendo sus características y propiedades, todo con el fin de lograr un producto de buena calidad.
