Analisis de esfuerzo mediante el metodode elementos finitos utilizando Autodesk Inventor

Ing. J. De La Cruz *

Laboratorio Especializado enAnalsis, Diseno y Simulacion

(L.E.A.D.S)

1. IntroduccionInventor es una herramienta muy utilizada para el diseno de sistemas mecanicos, la misma ofrece

flexibilidad y rapidez a la hora de analizar, simular y representar sistemas Mecanicos. Este softwareespecializado le permite al disenador minimizar el tiempo necesario para la solucion de los distintosfenomenos fisicos relevantes en todo proceso de diseno, logrando de esta manera utilizar mas tiempopara el analisis, creatividad y optimizacion.

2. Analisis de esfuerzos y simulacion DinamicaInventor cuenta con dos entornos orientados el primero al analisis de esfuerzo estatico y modal,

ademas de un entorno adicional en el cual se puede simular la dinamica de los sistemas mecanicos enestudio.

2.1. Analisis de esfuerzosEl proceso de simulacion dinamica involucra cuatro aspectos importantes:

1. Idealizacion: Generacion y simplificacion de la geometrıa, ademas de la conficuracion de la si-mulacion.

2. Condiciones de contorno: Aplicar restricciones y cargas externas que actuan sobre el elemento enestudio.

3. Simulacion y analisis: Analizar los resultados ademas de la convergencia de los mismos.

4. Optimizacion: Modificar la geometrıa para que satisfaga metas de diseno*e-mail: jorge.cruzarcia@utp.ac.pa

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Interfaz de usuario para el entorno de analisis de esfuerzoEl entorno de analisis de esfuerzo puede ser accesado desde un archivo de partes o ensamblaje, en la

figura 1 se observan los componentes del entorno de analisis de esfuerzo.

1. Navegador

2. Ventana grafica

3. Panel de analisis de esfuerzo

Figura 1: Interfaz de usuario.

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ManageEste es el primer paso para crear un estudio de analisis de esfuerzos.

Figura 2: Manage.

Crear simulacionEn la figura 3 se presentan los tipos de simulacion, analisis estatico y analisi modal.

Figura 3: Tipos de simulacion.

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MaterialesNormalmente, el material de los componentes deben ser asignados en el entorno de Part, en el caso de

no ser ası, se puede especificar utilizando el boton Assign material.

RestriccionesEn el entorno de analisis de esfuerzos se pueden encontrar tres tipos de restricciones, estas son:

Fixed Constraint: la ubicacion de este tipo de restriccion pueder ser especificada en un punto, bordeo cara. Este tipo de restricciones evita los desplazamientos en las direcciones x, y y z.

Pin Constraint:Su ubicacion solo puede ser establecida sobre superficies cilindricas. Este tipo derestriccion permite el movimiento tangencial, permitiendole a la superficie cilındrica rotar libre-mente.

Frictionless Constraint: Su ubicacion solo puede ser definida sobre una superficie plana y habilita alcomponente a moverse libremente en el plano, solo restringe el movimiento normal a la superficiede deslizamiento.

Figura 4: Tipos de “Constraint”.

CargasLas cargas se pueden clasificar en 7 tipos:

1. Force

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2. Pressure

3. Bearing Loads

4. Gravity

5. Remote Loads

6. Body Loads

7. Moment

Figura 5: Tipos de cargas (loads).

Mallado

1. Generar mallado

2. Configuracion de la malla

3. Control local de malla

4. Configuracion de convergencia.

Refinamiento manual de la mallaAquı utilizaremos un ejemplo para explicar como utilizar la herramienta de refinamiento manual de

malla.

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Figura 6: Mallado.

Figura 7: Configuracion del mallado.

Figura 8: placa de ejemplo, espesor de 10mm.

Average element size En la figura 9 se presentan los efectos de variar el valor del “average elementsize”.

El maximo valor de “average element size” que puede ser especificado es 1.

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Figura 9: Average element size.

El valor para “minimum element size” oscila en el siguiente rango:

0,01 ≥ minimun element size ≤ 0,02

Grading factor

2.2. ValidacionEn este caso de estudio vamos a utilizar el entorno de simulacion dinamica y analisis de esfuerzo para

validar la integridad estructural del sistema en estudio.Los principales requerimientos de este problema de diseno son determinar:

1. Los esfuerzos maximos en las conexiones de la biela mientras se encuentra en operacion.

2. Maxima deflexion en las uniones.

3. Factor de seguridad

Adicional a los requerimientos mencionados arriba, los criterios de diseno a ser utilizado por esteproblema son los siguientes:

El material a ser usado es un acero dulce.

El factor de seguridad requerido es de 5.

Piston: Peso mınimo de 350g

Biela: Peso mınimo de 500g.

Ciguenal: Peso mınimo de 11kg

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Figura 10: Motor de combustion interna.

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