FACULTAD DE INGENIERÍA

INTRODUCCIÓN AL DISEÑO

PRESENTADO POR:

JACQUES ROBERT T00020184

DANIEL CASTILLA PUELLO T00022205

PRESENTADO A:

EDGARDO ARRIETA

CARTAGENA DE INDIAS D.T Y C

AGOSTO 2012

ENUNCIADO

Análisis FEM

Utilizando modelado computacional por elementos finitos evalúe las curvas de

concentradores de esfuerzo para la unión de dos placas de distinto ancho y la

unión de dos ejes de distinto diámetro, con radio de curvatura variable en la unión.

Ud. debe utilizar Code-Aster, con Salome como pre-post procesador.

Para nuestro caso, tenemos el siguiente modelo a usar:

INTRODUCCION

Los avances computacionales hasta las luces de hoy, nos han facilitado el

procesamiento de cálculos y diseño de piezas para construcción u optimización de

maquinas. Hoy en día tenemos programas como los son ANSYS, Comsol,

Nastran, Patran, Code-Aster entre otros, con los cuales podemos realizar

simulaciones usando el método de elementos finitos. Estos programas utilizan

este método de elementos finitos con el fin de resolver casos prácticamente

imposibles de resolver por métodos matemáticos tradicionales. Por lo tanto gracias

a ellos podemos realizar modelos y ensayarlos para así resultar con mejorías u

optimizaciones para el diseño.

Este método usado por programas como los anteriores enseñados, le ha permitido

a la ingeniería realizar dichos cálculos para el diseño, de manera mucho más

fácil, eficaz y económica. En este caso llevaremos a cabo un análisis de diseño

usando uno de los programas anteriormente nombrados, este es el Code-Aster

(“Es un software para el análisis de elementos finitos y simulación numérica en

mecánica estructural y multifísica. Según la clasificación típica de los programas

de este tipo, Code_Aster es el solver o motor de procesamiento, sin incluir el pre-

o posprocesamiento (mallado del objeto y presentación de la solución).” “Code-

Aster”. (http://es.wikipedia.org/wiki/Code_Aster). En este programa no se dispone

del pre-procesamiento por lo tanto para ello usaremos el programa SALOME, cuyo

tutorial de uso fue encontrado en la pagina de diseño creada por el profesor

Edgardo Arrieta.

METODOLOGIA

El proceso para llevar a cabo el diseño de la pieza y la construcción de las curvas

de los concentradores de esfuerzos fue el siguiente:

1. Seleccionar el tipo de modelo que se va a diseñar

2. Instalación de Ubuntu para luego realizar la instalación del programa

SALOME.

3. Leer tutoriales sobre la funcionabilidad y manejabilidad del programa

SALOME

4. Luego de realizar el estudio al tutorial, nos hemos visto en la tarea de

realizar el análisis de sensibilidad de nuestro modelo, tomando medidas

fijas y variando el tamaño de los “ elementos diferenciales” usados en

nuestra malla, así hemos llevado a cabo una variación de la malla y

consecuentemente una aproximación al valor real del esfuerzo. Este

procedimiento se llevo a cabo de la siguiente manera:

Construir modelo

Establecer grupos de apoyo y fuerza

Generar malla usando una longitud determinada para caso de los

elementos diferenciales

Crear grupos en la malla

Exportar la malla a un archivo MED

Generar modulo ASTER

Pos-procesamiento

5. Luego de tener el valor adecuado para la longitud de nuestros elementos

diferenciales, hemos llevado a cabo un análisis variando los radios de

curvatura para así ver como cambia el concentrador de esfuerzo usando la

longitud mínima de los elementos diferenciales.

6. Luego de haber realizado el análisis de sensibilidad y la variación de los

radios, hemos procedido a realizar variaciones de D y d, con valores de

D/d=1.51, D/d=1.15 y D/d=1.03.

7. Teniendo ya descritos los distintos casos planteados arbitrariamente,

hemos obtenido valores de esfuerzos para cada uno de ellos los cuales

fueron relacionados con el esfuerzo nominal.

8. Como último paso, nos hemos dedicado a realizar tablas de resultados y

graficas que han sido comparadas con las que nos muestra el libro de

Diseño en ingeniería mecánica de Shigley 8va edición.

Nota: Cabe resaltar que a cada uno de estos procedimientos se les realizo una

captura de pantalla para tener imágenes testigos de los procedimientos realizados

y además como herramienta para más luego sacar valores de esfuerzos.

TABLA DE RESPUESTAS

En esta primera tabla encontraremos los datos usados para realizar el

análisis de sensibilidad:

Análisis de sensibilidad

1

min size 5

Esfuerzo 117.19

Radio 5.5

2

min size 4

Esfuerzo 142.46

Radio 5.5

3

min size 3

Esfuerzo 129.016

Radio 5.5

4

min size 2.824

Esfuerzo 130.040

Radio 5.5

En estas tres tablas siguientes encontraremos los datos usados para los

modelos con relaciones de D/d=1.51, D/d=1.15 y D/d=1.03 y además

variando radios dentro de un rango de 1.5 – 76.5:

D/d=1.51

D/d=1.15

D/d=1.03

D1 302

D1 575

D1 103

d1 200

d1 500

d1 100

r1 45

r1 37.5

r1 5.5

s 115

s 151.44

s 100

D2 151

D2 460

D2 515

d2 100

d2 400

d2 500

r2 25.5

r2 40

r2 15

s 108.71

s 126

s 105

D3 453

D3 115

D3 206

d3 300

d3 100

d3 200

r3 80

r3 15

r3 14

s 130.724

s 119

s 108

D4 604

D4 92

D4 309

d4 400

d4 80

d4 300

r4 100

r4 13.6

r4 61.8

s 108.888

115

s 97

D5 422.8

D5 230

D5 412

d5 280

d5 200

d5 400

r5 23

r5 44

r5 100

s 108.2

s 110

s 90

Capturas de pantalla:

Análisis de Sensibilidad:

Tamaño elemento diferencia= 5

Tamaño elemento diferencia= 4

Tamaño elemento diferencia= 3

Tamaño elemento diferencia = 2.824

Variaciones de las relaciones de D/d

D/d=1.51

D/d=1.15

D/d= 1.03

Graficas:

D/d= 1.51

D/d=1.15

D/d=1.03

Figuras del libro:

A partir de estas figuras nosotros realizaremos una comparación con las graficas

anteriormente enseñadas.

CONCLUSIONES

Luego de realizar todo el análisis necesarios para concluir con nuestras graficas

que relacionan los valores de D/d, r/d y los K, hemos obtenido resultados bastante

semejantes a los enseñados por el libro guía. A diferencia que en el libro vemos

una curva mucho más suave que la nuestra, pues en la nuestra se ven ciertas

“vibraciones” en el trazo de la curva. Por lo tanto podemos ver que gracias a estos

programas podemos obtener resultados bastante cercanos a la realidad

dependiendo de las variaciones que hagamos en un principio de las longitudes de

los elementos diferenciales, por lo tanto es de vital importancia realizar varios

experimentos para así llegar a un final donde nuestros resultados sean lo mas

cercanos a la realidad.