9786077075776
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Indice libroTRANSCRIPT
v
PRÓLOGO .........................................................................................................................................xiii
PREFACIO .......................................................................................................................................... xiv
AGRADECIMIENTOS .......................................................................................................................... xvi
SOBRE EL AUTOR ............................................................................................................................. xvii
ACCESO A LOS FICHEROS CON LOS EJERCICIOS DEL LIBRO xviii1. h p://www.vdssolu! ons.co.uk xviii2. h p://vrblog.info xviii3. h p://www.elsevierdirect.com/companions/9780123821027 xviii
CAPÍTULO 1 EL ENTORNO DE SIMULACIÓN DINÁMICA ................................................................. 1
Introducción ....................................................................................................................................... 1
Teoría básica de la simulación ............................................................................................................ 2
Mecanismos en lazo abierto y en lazo cerrado .................................................................................. 2
Mecanismos redundantes .................................................................................................................. 3
Propiedades de contacto .................................................................................................................... 5
Res! tución ...................................................................................................................................... 5
Rozamiento ..................................................................................................................................... 5
El ß ujo de trabajo en simulación ........................................................................................................ 6
La interfaz de Simula! on .................................................................................................................... 9
Explorador de simulaciones ........................................................................................................... 9
Área gráÞ ca para la simulación dinámica ....................................................................................... 9
Panel de simulación dinámica ...................................................................................................... 10
Reproductor de simulaciones ....................................................................................................... 11
ConÞ guración y ajustes de la simulación ...................................................................................... 12
Ajustes adicionales ....................................................................................................................... 13
Uniones ............................................................................................................................................ 13
Tipos de uniones .......................................................................................................................... 14
Uniones estándar ..................................................................................................................... 14
Uniones giratorias .................................................................................................................... 15
Uniones deslizantes .................................................................................................................. 16
Uniones de contacto 2D ........................................................................................................... 16
Uniones de fuerza..................................................................................................................... 16
Tabla de uniones – un resumen de las uniones empleadas a lo largo del libro ............................ 17
Procedimiento para crear uniones ............................................................................................... 18
Ejemplo 1. Cuna de Newton – Agrupar componentes ............................................................. 18
Ejemplo 2. Mecanismo Whitworth de retorno rápido – Uniones automá! cas ....................... 27
Ejemplo 3. Mecanismo deslizante – Conver! r restricciones manualmente ............................ 32
Ejemplo 4. Mecanismo de levas – Crear uniones manualmente ............................................. 41
Uniones redundantes ................................................................................................................... 50
Resumen ................................................................................................................................... 61
Flujo de trabajo recomendado para evitar las uniones redundantes ........................................61
CONTENIDOS
vi
Restricciones del entorno ................................................................................................................. 62
GráÞ co de entrada ........................................................................................................................ 62
Par de torsión ............................................................................................................................... 64
Tabla con restricciones de entorno (EC) – Resumen de las restricciones de
entorno empleadas en el libro ..................................................................................................... 65
El proceso de creación de restricciones de entorno ..................................................................... 65
Ejemplo 5. La cuna de Newton – Posición inicial,
contacto y fuerzas externas ...................................................................................................... 65
Ejemplo 6. Diseño CAM – Movimiento impuesto mediante
el gráÞ co de entrada ................................................................................................................. 70
Ejemplo 7. Mecanismo Whitworth de retorno rápido – Par de torsión y
movimiento impuesto .............................................................................................................. 78
Análisis de resultados ....................................................................................................................... 83
GráÞ co de salida ........................................................................................................................... 84
Restricciones de entorno del gráÞ co de salida – Resumen de las
herramientas u! lizadas en el libro ............................................................................................... 85
Procedimiento para el empleo de las herramientas especializadas
en el gráÞ co de salida ................................................................................................................... 85
Ejemplo 8. Diseño CAM – Trazo de salida ................................................................................ 86
Ejemplo 9. Bola y escaleras – Eventos precisos ........................................................................ 93
CAPÍTULO 2 PROBLEMA DE DISEÑO 1 " EVALUAR UN MOTOR ................................................... 97
Uniones ilustradas con este problema de diseño ............................................................................. 97
Caracterís! cas y ß ujos de trabajo básicos introducidos con este problema de diseño .................... 97
Introducción ..................................................................................................................................... 97
El ß ujo de trabajo en el problema 1 ................................................................................................. 98
Uniones ........................................................................................................................................ 99
Conversión automá! ca de uniones estándar y giratorias ........................................................ 99
Crear uniones giratorias manualmente .................................................................................. 102
Restricciones de entorno ............................................................................................................ 106
Análisis de resultados ................................................................................................................. 108
CAPÍTULO 3 PROBLEMA DE DISEÑO 2 " EVALUAR UN GATO MECÁNICO .................................. 109
Uniones ilustradas con este problema de diseño ........................................................................... 109
Caracterís! cas y ß ujos de trabajo básicos introducidos con este problema de diseño .................. 109
Introducción ................................................................................................................................... 109
El ß ujo de trabajo en el problema de diseño 2 ............................................................................... 112
Agrupar/soldar ........................................................................................................................... 112
Uniones ...................................................................................................................................... 115
Conver! r manualmente las restricciones en uniones estándar ............................................. 115
Crear manualmente uniones no estándar .............................................................................. 117
Restricciones de entorno ............................................................................................................ 120
Análisis de resultados ................................................................................................................. 121
CONTENIDOS
vii
CONTENIDOS
CAPÍTULO 4 PROBLEMA DE DISEÑO 3 " EVALUAR MÚLTIPLES GATOS O ACTUADORES ............ 125
Uniones ilustradas con este problema de diseño ........................................................................... 125
Caracterís! cas y ß ujos de trabajo básicos introducidos con
este problema de diseño ................................................................................................................ 125
Introducción ................................................................................................................................... 125
El ß ujo de trabajo en el problema de diseño 3 ............................................................................... 127
Agrupar/soldar ............................................................................................................................127
Reestructurar los componentes en subensamblados .................................................................128
Uniones ...................................................................................................................................... 130
Conver! r automá! camente las restricciones en uniones estándar ....................................... 134
Restricciones de entorno ............................................................................................................ 146
Aplicar movimientos impuestos – GráÞ co de entrada ........................................................... 153
Aplicar la fuerza de gravedad ................................................................................................. 155
Análisis de resultados ................................................................................................................. 155
CAPÍTULO 5 PROBLEMA DE DISEÑO 4 " AJUSTES AVANZADOS DE SIMULACIÓN ...................... 161
Uniones ilustradas con este problema de diseño ........................................................................... 161
Caracterís! cas y ß ujos de trabajo básicos introducidos con este problema de diseño .................. 161
Introducción ................................................................................................................................... 161
El ß ujo de trabajo en el problema 4 ............................................................................................... 163
Uniones ...................................................................................................................................... 164
Restricciones de entorno ............................................................................................................ 167
Análisis de resultados ................................................................................................................. 169
CAPÍTULO 6 PROBLEMA DE DISEÑO 5 " EVALUAR UN RESORTE ............................................... 179
Uniones ilustradas con este problema de diseño ........................................................................... 179
Caracterís! cas y ß ujos de trabajo básicos introducidos
con este problema de diseño ......................................................................................................... 179
Introducción ................................................................................................................................... 179
El ß ujo de trabajo en el problema de diseño 5 ............................................................................... 181
Agrupar/soldar ........................................................................................................................... 181
Uniones ...................................................................................................................................... 182
Restricciones de entorno ............................................................................................................ 182
DeÞ nir el desplazamiento horizontal de la punta ................................................................... 185
DeÞ nir la fuerza como función del desplazamiento horizontal de la punta ........................... 186
Análisis de resultados ................................................................................................................. 190
Determinar el tamaño del resorte .......................................................................................... 190
Crear el resorte ....................................................................................................................... 196
Determinar la fuerza y la altura máximas en la punta del roturador ..................................... 199
CAPÍTULO 7 PROBLEMA DE DISEÑO 6 " EVALUAR UN RESORTE ............................................... 203
Uniones ilustradas con este problema de diseño ........................................................................... 203
Caracterís! cas y ß ujos de trabajo básicos introducidos con este problema de diseño .................. 203
Introducción ................................................................................................................................... 203
Asunciones/restricciones ........................................................................................................... 204
viii
CONTENIDOS
El ß ujo de trabajo en el problema de diseño 6 ............................................................................... 205
Uniones ...................................................................................................................................... 205
Conver! r automá! camente las restricciones en uniones estándar ....................................... 206
Crear manualmente uniones no estándar .............................................................................. 208
Restricciones de entorno ............................................................................................................ 209
Análisis de resultados ................................................................................................................. 210
Determinar la fuerza centrífuga máxima del rotor ................................................................. 214
Calcular el tamaño del resorte .................................................................................. 216
CAPÍTULO 8 PROBLEMA DE DISEÑO 7 " SIMULAR UNA CADENA CON ENGRANAJES ............... 217
Uniones ilustradas con este problema de diseño ............................................................................217
Caracterís! cas y ß ujos de trabajo básicos introducidos
con este problema de diseño ......................................................................................................... 217
Introducción ................................................................................................................................... 217
El ß ujo de trabajo en el problema de diseño 7
Etapa 1 – Concebir un proceso para simular un mecanismo
con cadena y engranajes ............................................................................................................ 219
Etapa 2 – Simular el mecanismo con cadena y engranajes ........................................................ 226
Uniones ...................................................................................................................................... 227
Restricciones de entorno ............................................................................................................ 230
Análisis de resultados ................................................................................................................. 231
Etapa 3 – Simular el mecanismo con cadena y engranajes, al completo ................................... 234
CAPÍTULO 9 ENTORNO PARA ANÁLISIS DE TENSIÓN ................................................................. 235
Método de los elementos Þ nitos – Introducción ........................................................................... 235
Tipos de elementos MEF ................................................................................................................ 236
Procedimientos para mejorar los resultados del MEF .................................................................... 237
Convergencia HP......................................................................................................................... 237
Análisis lineal y no lineal ................................................................................................................. 238
Análisis lineal .............................................................................................................................. 238
Análisis no lineal ......................................................................................................................... 239
Análisis está! co – Introducción ...................................................................................................... 240
Singularidades de tensión .......................................................................................................... 241
Análisis modal – Introducción ........................................................................................................ 243
Frecuencias naturales – Teoría básica ........................................................................................ 245
Modos precargados .................................................................................................................... 246
Flujo de trabajo para el análisis de tensiones................................................................................. 247
Interfaz de usuario para el análisis de tensiones ............................................................................ 247
Explorador Stress Analysis para el análisis de tensiones ............................................................ 248
Ventana gráÞ ca Stress Analysis para el análisis de tensiones ..................................................... 248
Panel Stress Analysis .................................................................................................................. 248
La Þ cha Administrar (Manage) ....................................................................................................... 249
Crear simulación ......................................................................................................................... 249
Análisis está! co ...................................................................................................................... 250
Análisis modal ........................................................................................................................ 251
ix
CONTENIDOS
Contactos ................................................................................................................................ 252
Tabla paramétrica ....................................................................................................................... 253
La Þ cha Material ............................................................................................................................. 255
La Þ cha Restricciones (Constraints) ................................................................................................ 256
Restricciones Þ jas ....................................................................................................................... 256
Restricciones Pin (de pasador) ................................................................................................... 256
Restricciones sin fricción ............................................................................................................ 257
La Þ cha Cargas (Loads) ................................................................................................................... 257
Cargas generales ......................................................................................................................... 257
Cargas de cara ............................................................................................................................ 258
Cargas de cuerpo ........................................................................................................................ 258
La Þ cha Contactos (Contacts) ..........................................................................................................259
Tipos de contactos ...................................................................................................................... 259
El proceso de creación de contactos .......................................................................................... 260
La Þ cha Preparar (Prepare) ............................................................................................................. 261
ReÞ nar la malla manualmente ................................................................................................... 261
Ejemplo 1 – ConÞ guración de malla (Mesh Se# ngs) ............................................................. 262
ReÞ nar la malla automá! camente (o convergencia automá! ca) ............................................... 265
Ejemplo 2 – ConÞ guración de convergencia ........................................................................... 265
Convergencia manual ................................................................................................................. 267
La Þ cha Resultado (Result) ............................................................................................................. 268
Animar ........................................................................................................................................ 269
Sonda (Probe) ............................................................................................................................. 269
GráÞ co de convergencia (Convergence Plot) .............................................................................. 270
La Þ cha Mostrar (Display) ............................................................................................................... 270
Igual escala ................................................................................................................................. 271
Barra de colores.......................................................................................................................... 271
Iden! Þ cadores de sonda ............................................................................................................ 271
Mostrar valores máximos y mínimos.......................................................................................... 272
Condiciones del contorno ........................................................................................................... 272
Visualizar resultados con transiciones de color suaves .............................................................. 272
Ajustar visualización de desplazamiento .................................................................................... 273
La Þ cha Informe (Report) ............................................................................................................... 273
La Þ cha Guía (Guide) ...................................................................................................................... 274
La Þ cha ConÞ guración de análisis de tensión (Stress Analysis Se# ngs) ......................................... 275
CAPÍTULO 10 PROBLEMA DE DISEÑO 8 " ANÁLISIS DE TRANSFERENCIA
DE CARGAS EN MOVIMIENTO ............................................................................. 277
Caracterís! cas básicas introducidas con este problema de diseño ................................................ 277
Introducción ................................................................................................................................... 277
El ß ujo de trabajo en el problema de diseño 8 ............................................................................... 278
Representación ideal .................................................................................................................. 278
Condiciones del contorno ........................................................................................................... 279
Ejecutar la simulación y analizar ................................................................................................ 283
Op! mización .............................................................................................................................. 285
x
CONTENIDOS
CAPÍTULO 11 PROBLEMA DE DISEÑO 9 " TRANSFERENCIA DE CARGAS
CON MOVIMIENTO MÚLTIPLE .............................................................................. 287
Caracterís! cas básicas introducidas con este problema de diseño ................................................ 287
Introducción ................................................................................................................................... 287
El ß ujo de trabajo en el problema de diseño 9 ............................................................................... 288
Representación ideal .................................................................................................................. 288
Condiciones del contorno ........................................................................................................... 289
Ejecutar la simulación y analizar ................................................................................................ 294
CAPÍTULO 12 PROBLEMA DE DISEÑO 10 " ANÁLISIS DE SIMETRÍA CÍCLICA .............................. 299
Caracterís! cas básicas introducidas con este problema de diseño ................................................ 299
Introducción ................................................................................................................................... 299
El ß ujo de trabajo en el problema de diseño 10 ............................................................................. 300
Representación ideal ....................................................................................................... 301
Condiciones del contorno ........................................................................................................... 303
Ejecutar la simulación y analizar ................................................................................................ 305
Op! mización .............................................................................................................................. 312
CAPÍTULO 13 PROBLEMA DE DISEÑO 11 " ANÁLISIS DE SOLDADURA ....................................... 317
Caracterís! cas básicas introducidas con este problema de diseño ................................................ 317
Introducción ................................................................................................................................... 317
El ß ujo de trabajo en el problema de diseño 11 ............................................................................. 318
Representación ideal .................................................................................................................. 319
Condiciones del contorno ........................................................................................................... 320
Ejecutar la simulación y analizar ................................................................................................ 325
CAPÍTULO 14 PROBLEMA DE DISEÑO 12 " ANÁLISIS DE ENSAMBLAJE
CON SOLDADURA INTEGRAL ............................................................................... 333
Caracterís! cas básicas introducidas con este problema de diseño ................................................ 333
Introducción ................................................................................................................................... 333
El ß ujo de trabajo en el problema de diseño 12 ............................................................................. 334
Primera parte – Diseño del chasis con soldaduras
y radios de esquina para tubo estructural RHS .............................................................................. 335
Representación ideal .................................................................................................................. 335
Condiciones del contorno ........................................................................................................... 336
Ejecutar la simulación y analizar ................................................................................................ 341
Segunda parte – Diseño del chasis sin soldaduras
ni radios de esquina para tubo estructural RHS ............................................................................. 347
Representación ideal .................................................................................................................. 347
Reiniciar el análisis y analizar ..................................................................................................... 349
Op! mización .............................................................................................................................. 351
CAPÍTULO 15 PROBLEMA DE DISEÑO 13 " OPTIMIZACIÓN DEL ENSAMBLAJE .......................... 353
Caracterís! cas básicas introducidas con este problema de diseño ................................................ 353
Introducción ................................................................................................................................... 353
El ß ujo de trabajo en el problema de diseño 13 ............................................................................. 355
xi
CONTENIDOS
Representación ideal .................................................................................................................. 355
Condiciones del contorno ........................................................................................................... 358
Ejecutar la simulación y analizar ................................................................................................ 363
Op! mización .............................................................................................................................. 368
CAPÍTULO 16 PROBLEMA DE DISEÑO 14 " ANÁLISIS MODAL .................................................... 373
Caracterís! cas básicas introducidas con este problema de diseño ................................................ 373
Introducción ................................................................................................................................... 373
El ß ujo de trabajo en el problema de diseño 14 ............................................................................. 374
Representación ideal .................................................................................................................. 375
Condiciones del contorno ........................................................................................................... 375
Ejecutar la simulación y analizar ................................................................................................ 377
Op! mización .............................................................................................................................. 380
CAPÍTULO 17 EL ENTORNO DEL ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS ..................................................... 383
Introducción al análisis de estructuras ........................................................................................... 383
Flujo de trabajo para el análisis de estructuras ...............................................................................384
Interfaz de usuario para el análisis de estructuras ......................................................................... 385
El explorador para el análisis de estructuras .............................................................................. 385
Ventana gráÞ ca del entorno de análisis de estructuras .............................................................. 385
Barra de opciones del entorno de análisis de estructuras ......................................................... 386
La Þ cha Administrar (Manage) ....................................................................................................... 387
Crear una simulación .................................................................................................................. 387
La Þ cha Vigas (Beams) .................................................................................................................... 388
Actualizar .................................................................................................................................... 388
Propiedades ................................................................................................................................ 388
Material ...................................................................................................................................... 389
La Þ cha Restricciones (Constraints) ................................................................................................ 389
Restricciones Þ jas ....................................................................................................................... 389
Restricciones Þ jadas ................................................................................................................... 390
Restricción ß otante .................................................................................................................... 390
Restricción personalizada ........................................................................................................... 391
La Þ cha Cargas (Loads) ................................................................................................................... 392
Fuerza ......................................................................................................................................... 392
Carga con! nua ............................................................................................................................ 393
Momento .................................................................................................................................... 394
Momento (general) .................................................................................................................... 394
Momento ß ector ........................................................................................................................ 394
Momento axial ........................................................................................................................... 395
Ejemplo 1 – Resultados de un modelo de voladizo comparados
con los obtenidos mediante cálculos manuales ..................................................................... 395
Ejemplo 2 – Viga con soportes sencillos creada
con restricciones personalizadas ............................................................................................ 396
La Þ cha Conexiones (Connec! ons) ................................................................................................. 398
Liberar (Release) ......................................................................................................................... 398
Ejemplo 3 – Liberar momentos en una estructura mediante liberar ..................................... 399
xii
CONTENIDOS
Nodo personalizado ................................................................................................................... 399
Vínculo rígido ............................................................................................................................. 400
Ejemplo 4 – Estructura sencilla con vigas conectadas
mediante vínculos rígidos ....................................................................................................... 401
La Þ cha Resultado (Result) ............................................................................................................. 403
Detalle de viga ............................................................................................................................ 403
Animar ........................................................................................................................................ 404
Diagrama .................................................................................................................................... 404
La Þ cha Mostrar (Display) ............................................................................................................... 406
Barra de colores.......................................................................................................................... 406
Iden! Þ cadores de vigas y nodos ................................................................................................ 406
Visualizar resultados con transiciones de color suaves .............................................................. 407
Ajustar visualización de desplazamiento .................................................................................... 407
Valores máximos y mínimos ....................................................................................................... 407
Condiciones del contorno ........................................................................................................... 408
Sistemas locales .......................................................................................................................... 408
Valores de las cargas ................................................................................................................... 408
La Þ cha Publicar (Publish)............................................................................................................... 409
Informe ....................................................................................................................................... 409
Exportar ...................................................................................................................................... 410
La Þ cha ConÞ guración de análisis de estructura (Frame Analysis Se# ngs) ................................... 411
CAPÍTULO 18 PROBLEMA DE DISEÑO 15 " ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS
MEDIANTE CONTENT CENTER STRUCTURES ....................................................... 413
Caracterís! cas básicas introducidas con este problema de diseño ................................................ 413
Introducción ................................................................................................................................... 413
El ß ujo de trabajo en el problema de diseño 15 ............................................................................. 415
Representación ideal .................................................................................................................. 415
Condiciones del contorno ........................................................................................................... 416
Ejecutar la simulación y analizar ................................................................................................ 419
Op! mización .............................................................................................................................. 421
CAPÍTULO 19 PROBLEMA DE DISEÑO 16 " ANÁLIZAR ESTRUCTURAS MEDIANTE
FRAME GENERATOR STRUCTURES ....................................................................... 425
Caracterís! cas básicas introducidas con este problema de diseño ................................................ 425
Introducción ................................................................................................................................... 425
El ß ujo de trabajo en el problema de diseño 16 ............................................................................. 427
Representación ideal .................................................................................................................. 427
Condiciones del contorno ........................................................................................................... 428
Ejecutar la simulación y analizar ................................................................................................ 432
ÍNDICE............................................................................................................................................. 437