Kitabı oku: «Análisis y diseño de piezas con Catia V5», sayfa 4
4.3.5 Nueva representación de resultados
Después de haber hecho los cambios en la ventana OCTREE Tetrahedron Mesh, el programa vuelve a la posición previa a los cálculos, al momento en que utilizamos la herramienta Compute.
Una vez allí, volvemos a utilizar la herramienta Compute para realizar nuevamente los cálculos, pero esta vez, los datos que obtendremos serán más fiables que el anterior (los otros eran de tener una idea rápida y global de los resultados, que obtendríamos con este tipo de análisis). A partir de estos resultados podemos apreciar nuevamente la representación del elemento sometido a esfuerzos y deformaciones.
En la gráfica, la distribución nos permite automáticamente indicar en pantalla la posición de los resultados máximos y mínimos de los valores de desplazamientos, tensiones, temperaturas, etc.
Haciendo doble clic sobre los resultados de la parte derecha (Color Map), surge la ventana Color Map, en la que podemos cambiar la apariencia, así como diversa información acerca de los resultados de nuestro análisis. Para ello presionamos el botón More.
Seleccionando Imposed max e Imposed min, seguido de la tecla OK, observamos los esfuerzos máximos y mínimos.
En la barra de herramientas Image, la herramienta Displacement, posee una sub-barra llamada Other Image. En ella encontramos las herramientas: Displacement, Principal Stress y Precision, que utilizaremos cuando queramos visualizar este tipo de resultados.
Como podemos observar en los resultados del análisis, la cabeza del bulón se desplaza en la dirección Z un máximo de 170.306 nm (nanómetros). De un análisis cuantitativo en la transmisión de esfuerzos, encontramos que el máximo esfuerzo de tensión es de 4,91014 MPa y mínimo de 1,134 x 10-5 MPa.
4.4 Configuración del módulo GPS
En el menú Options (en el menú Tools\Options) en la categoría Analysis & Si mu lations, encontramos parte de la configuración para el módulo GPS.
A continuación definiremos brevemente el contenido de cada una de las pestañas.
4.4.1 Pestaña External Storage
En esta pestaña definiremos la ruta donde queremos grabar la matriz, así como la solución del sistema de ecuaciones. Cabe destacar que, si no hay suficiente espacio en el disco duro (nos referimos a particiones de disco duro o discos duros externos), el programa hará el cálculo del sistema de ecuaciones de forma incompleta, ya que necesita suficiente espacio a la hora de definir la malla, especificar la matriz y luego resolver el sistema de ecuaciones que queda planteado.
Para el MEF con CATIA V5, el programa define que para los CATAnalysis-File solo se debe guardar lo correspondiente a las cargas aplicadas al elemento y las condiciones a las que este se encuentra sometido, excluyendo a la matriz y lo correspondiente a dicha solución.
Es por ello que los archivos CATAnalysis no son archivos de un peso considerable, teniendo la necesidad de volver a hacer nuevamente los cálculos cada vez que necesitemos hacer uso de ellos.
4.4.2 Pestaña General
En la casilla de Default Analysis Case de esta pestaña, definiremos en el tipo de análisis que queramos tener como predeterminado. Con ello evitamos que surja la ventana New analysis Case (véase pág. 22). Además, especificamos los parámetros y todas las relaciones que el elemento tenga con el entorno, para poder tener acceso a posteriores cambios. Estos se visualizarán en el árbol de la geometría.
4.4.3 Pestaña Quality
Los cambios y contenidos que se pueden definir en esta pestaña tienen que ser hechos por una persona que posea mucha experiencia en el análisis con el MEF, ya que se necesita un muy buen criterio de calidad para definir las cantidades que se estimarán aquí. Este criterio consiste en calificar qué cantidades se consideran aceptables o no aceptables, asignándole las cantidades que el usuario considere, para llevar a cabo un exitoso análisis con el MEF.
En el cuadro de texto Export Default Directory, escogemos la ruta para el nuevo criterio de calidad que hayamos seleccionado.
4.4.4 Pestaña Graphics
En esta pestaña se manipula la manera y el aspecto en que deseemos visualizar los nodos y elementos del MEF.
4.4.5 Pestaña Post Processing
En ella podremos definir la ruta para guardar las imágenes de la elaboración de un Post Processing.
4.4.6 Pestaña Reporting
Con esta pestaña podemos determinar todo lo relacionado al aspecto del trasfondo, tamaño y formato de la imagen.
4.5 Cambio de unidades
El sistema de unidades más utilizado es el SI, conocido como sistema internacional de unidades (o sistema internacional de medidas). CATIA V5 incorpora la posibilidad de sustituir las unidades básicas (según sea nuestra necesidad).
En Options (en el menú Tools\Options) en la categoría Parameters and Measure en la pestaña Units, encontramos la posibilidad de escoger las unidades con que usualmente trabajamos, así como también el número de valores exponenciales “+/-”.
Seleccionamos la magnitud deseada (por ejemplo, Volumen) y escogemos en la casilla de selección la unidad deseada, como podemos ver en el siguiente gráfico:
Una vez hechos los cambios en todas las unidades escogidas procedemos a confirmarlas al programa haciendo clic en el botón OK.
Capítulo 5
Condiciones de frontera
Si en el capítulo anterior simulamos el uso de algunas de las herramientas necesarias para definir las condiciones a las que una pieza se encontraba sometida, en este capítulo describiremos y estudiaremos estas condiciones más a fondo.
Un paso muy importante para realizar un análisis MEF es definir correctamente las condiciones de frontera del elemento en diseño. Con ellas podemos simular de forma precisa las condiciones mecánicas a las que dicha pieza se somete en la realidad (o ya una vez en uso), desplazamientos, rotaciones, empotramientos y el sometimiento de superficies en contacto.
El objetivo de las condiciones de frontera es simular los procesos mecánicos, así como el estudio cinemático1 del sistema y su posterior análisis.
GP1: Es una versión reducida del módulo GPS en la plataforma P1.
EST (ELFINI Structural Analysis): Este producto se adapta más a las necesidades de los especialistas, manteniendo una relación constante entre ingenieros de diseño y especialistas (mayor funcionalidad en el campo de la definición de las condiciones de frontera y la aplicación de cargas). Esto permite la creación y la solución simultánea de casos de análisis múltiples, para los casos estáticamente limitados, análisis de frecuencia y para el análisis de deformaciones, así como de soluciones con opciones de análisis adicionales.
GAS (Generative Assembly Structural Analysis): Posibilita los cálculos a grupos de piezas (elementos ensamblados), proporcionando al usuario herramientas que faciliten el uso y la comprensión, en el momento de conectar los diversos elementos de un ensamble (con un contacto simple, o de soldadura, o con algún tipo de conexión definido por el usuario). La amplia gama de conexiones contribuyen a la creación de un modelo más realista y más exacto, trayendo con ello una mayor exactitud en la simulación mecánica del ensamblaje de elementos.
GDY (Generative Dynamic Response Analysis): Incluye básicamente lo que corresponde al análisis de procesos dinámicos con CATIA V5 Generative Part Structural Analysis (GPS) y CATIA V5Generative Assembly Structural Analysis (GAS).
El elemento en diseño debe estar estáticamente determinado en el momento de hacer un análisis con el MEF. Por ejemplo, para cuando se fije a un elemento de la pieza (empotrar o privar de desplazamiento), dicho elemento no debería sufrir ningún tipo de deformación. Sin embargo, es posible que se dé una condición de frontera estáticamente indeterminada.
Si se presenta en el elemento en diseño una condición de frontera estáticamente indeterminada, aparece un mensaje de error de la siguiente forma:
Relative Pívot is too small.
Different Gradient Solution.
Global Singularity Clamp.
Las condiciones de frontera también permiten al usuario simular el grado de libertad (empotramiento, translaciones y rotaciones) de la pieza, en el momento de definir las condiciones a las que se encuentra sometida.
Ahora veremos con más detalle el uso de cada una de estas herramientas, contenidas y clasificadas en subgrupos (o barras de herramientas).
5.1 Sistema de coordenadas
En CATIA están definidos tres tipos diferentes de sistemas de coordenadas:
Global System of Coordinates.
Implicit System of Coordinates.
User System of Coordinates.
5.1.1 Sistema de coordenadas global
El sistema de coordenadas global en CATIA está designado por los tres planos estándares existentes (xy, zy, xz), visualizados y representados en el compás, y los tres ejes (sistema de ejes x, y, z) estándares, que ya todos conocemos. El sistema deejes X, Y y Z, se encuentra ubicado en la parte inferior derecha del módulo en que estemos trabajando.
5.1.2 Sistema de coordenadas implícito
Este sistema de coordenadas depende de la geometría de referencia que se haya seleccionado. Se encuentran definidas como:
Sistema implícito de coordenadas cartesianas.
Sistema implícito de coordenadas cilíndricas.
5.1.2.1 El Sistema implícito de coordenadas cartesianas
Relaciona el sistema de ejes X, Y y Z con la superficie plana que hayamos seleccionado. El eje Z queda representado como un eje normal a la superficie, y le es designado el número 3, así como el 1 para el eje X, y el 2 para el eje Y.
En la figura podemos observar al eje Z normal a la superficie y la representación vectorial de los despla zamientos y las rotaciones que utilizaremos cuando definamos cómo utilizar la herramienta Advanced Res traints.
5.1.2.2 Sistema implícito de coordenadas cilíndricas
Cuando hacemos un agujero al elemento que estamos diseñando con el programa CATIA y luego seleccionamos el manto superficial cilíndrico que designa dicho agujero, éste queda seleccionado como un cilindro.
En la figura observamos los ejes X, Y y Z en la dirección tangencial, axial y radial , tomando como convención:
Vector 1 ⇒ en dirección tangencial
Vector 2 ⇒ en dirección axial
Vector 3 ⇒ en dirección radial
5.1.3 Sistema de coordenadas definido por el usuario
El User System of Coordinates es el sistema de coordenadas definido por el usuario. Este puede ser un Sistema de coordenadas cartesianas, un sistema de coordenadas cilíndricas o un Sistema de coordenadas esféricas. Este sistema de coordenadas está basado en el sistema de coordenadas producido por un CAD-sistema de ejes. Dicho sistema puede ser definido en el módulo Part Desing con la herramienta Axis System, de la barra de herramientas Tools.
5.2 Barra de herramientas Restraints
Esta barra de herramientas contiene básicamente las herramientas que definen el tipo de empotramiento a que estaría sometida la pieza.
5.2.1 Herramienta Clamps (Empotramiento fijo)
Al utilizar un empotramiento fijo hacemos que todo tipo de rotaciones y traslaciones en el elemento queden imposibilitadas.
Es por esto que cualquier carga aplicada a la pieza generará diversos tipos de esfuerzos y deformaciones en ella.
Haciendo clic en el icono Clamps, surge al cabo de unos segundos la ventana:
En el cuadro de texto Name introducimos el nombre del Empotramiento fijo, con el que identificaremos el empotramiento o los empotramientos (de los elementos de apoyo posibles). Si existe más de un empotramiento en nuestro elemento, podremos seleccionarlos y nombrarlos por separado, o sencillamente reunirlos todos en una sola selección. Esta herramienta ya la aplicamos en la página 25 (véase también las páginas 214, 226, 234, 239 y 265.
Luego, hacemos uso del cuadro de selección Supports (toma por defecto un color azul os curo) para seleccionar la superficie o superficies de la pieza que serán empotradas.
5.2.2 Herramienta Surface Sliders (Superficies deslizables)
Entre las múltiples aplicaciones que posee esta herramienta podemos identificar como un ejemplo representativo el cojinete de deslizamiento (o chumacera), donde el extremo de un eje (muñón) gira u oscila en el interior de un casquillo (cojinete) y el movimiento relativo es deslizante.
Las geometrías que podemos seleccionar con este tipo de característica son:
Haciendo clic en el icono Surface Sliders, surge al cabo de unos segundos la ventana con el mismo nombre:
En el cuadro de texto Name, introducimos un nombre con el que queramos identificar a la superficie o las superficies que cumplen con esta condición de deslizamiento, que denominaremos como cojinete o cojinetes (de los elementos de apoyo posibles). Si existe más de un cojinete en nuestro elemento, podremos seleccionarlos y nombrarlos por separado, o sencillamente reunirlos todos en una sola selección. Luego hacemos uso del cuadro de texto Supports (toma por defecto un color azul oscuro) para seleccionar la superficie o superficies de nuestra pieza, que deberían cumplir con esta condición.
La aplicación de esta herramienta es bastante variada y sus aplicaciones van desde lo sencillo a lo complejo, desde el diseño de las bisagras de una puerta hasta el diseño de las bisagras de batimiento de las paletas de un helicóptero. A continuación, veremos otros ejemplos en los que esta herramienta tiene uso:
Un seguidor o contraleva puede rodar o deslizar sobre su leva.
Los dientes de un engranaje embonan entre sí mediante una combinación de rodadura y deslizamiento.
Un émbolo o pistón se desliza dentro de su cilindro.
Un ejemplo de una superficie deslizante que no es un agujero, sino una ranura donde se desliza la cabeza de un bulón de apoyo.
En el gráfico siguiente observamos un típico ejemplo de un cojinete liso o de deslizamiento, más conocido como chumacera. En él, observamos representado en color rojo, el casquillo (o cojinete) del Surface Slider.
Antes de definir el uso y la utilización de la herramienta User-defined Restraints (Advanced Restraints), debemos conocer el sistema de coordenadas que el programa CATIA tiene como predeterminado y la posibilidad de incluir nuevo sistema de coordenadas (definidas por el usuario).
5.2.3 Herramienta User-defined Restraints (Restricciones definidas por el usuario)
Cuando utilizamos la herramienta User-defined Restraints (Advanced Restraints), estamos restringiendo el grado de libertad de movimiento, ya sea de translación o de rotación. Con su ayuda podemos manipular todas las condiciones de movimiento posibles en una determinada parte del elemento.
Por ejemplo, podríamos manipular el grado de libertad hasta lograr hacer que el elemento llegue a ser un empotramiento fijo y viceversa. Las geometrías que podemos seleccionar para este tipo de característica son:
Haciendo clic en la herramienta Advanced Restraints, surge la ventana User-defined Restraints.
En el cuadro de texto Name introducimos el nombre que escojamos para identificar esta restricción. Luego, en el cuadro de texto Support, seleccionamos el elemento de apoyo correspondiente al elemento en que estamos trabajando. Hecho esto, seleccionamos el sistema de coordenadas en el menú Pull Down (cuadro combinado) de Cuadro de texto Type. Aquí encontramos las opciones: Global, Implicit y User (definidas anteriormente).
Manteniendo activa la opción Display Locally, podemos observar el elemento de apoyo que tenemos seleccionado en la pieza, los ejes se activan y toman por defecto el color verde, indicando que no hay ninguna restricción aplicada. Lo siguiente es seleccionar el tipo de restricción, ya sea de translación o de rotación, para cada eje. Estas restricciones toman por defecto el color rojo, indicando la aplicación de una restricción de movimiento. A continuación, veremos un sistema de coordenadas definido por elusuario, donde observamos la diferencia entre el sistema de ejes X, Y y Z estándar y un sistema de ejes definido por un sistema de coordenadas esféricas.
En el cuadro de texto Type seleccionamos la opción User, de la que emergen automáticamente dos nuevas casillas: Current axis y Local orientation. De dichas casillas, utilizamos primero el cuadro de texto Local orientation. En él, seleccionamos el sistema de coordenadas que vamos a utilizar, ya sea Cartesiano, cilíndrico o esférico (que es el caso del ejemplo anterior). Luego, en el cuadro de texto Current axis, seleccionamos del árbol de geometría el sistema de ejes que hemos definido previamente deter minado.
Observamos un sistema de ejes X, Y y Z estándar, en donde el eje Z queda representado como un eje normal a la superficie. La translación está restringida en todas las direcciones, pero la rotación si está permitida en todas las direcciones.
Observamos un sistema de ejes no convencional que presenta cierto tipo de características, que son definidas por el usuario, y está fijado por un sistema de coordenadas esféricas.
Observamos un sistema de ejes no convencional que presenta cierto tipo de características que son definidas por el usuario, y está fijado por un sistema de coordenadas esféricas.
5.3 Barra de herramientas Advanced Restraints
En la barra de herramientas Advanced Restraints están enmarcadas las herramientas de uso avanzado en las que el usuario puede definir las consideraciones de diseño que crea necesarias y qué tipo de condiciones deben cobijar a la pieza, para diversas restricciones de movimiento.
La herramienta User-defined Restraints ya la hemos definido en la pág. 43.
5.3.1 Herramienta Iso-static Restraints (Restricciones y condiciones Isostáticas)
Esta herramienta es empleada básicamente para el Frequency Analysis (véase página 108). Si logramos mantener la unidad de construcción en una posición óptima (diagrama de cuerpo libre), deberíamos buscar o tratar que, en el momento del análisis de resultados, este no supere a la forma particular que tenga dicha sección del elemento en construcción, ya que una vez obtenido el resultado del análisis de frecuencia de la sección del elemento en construcción, éste sería demasiado bajo, por lo cual no sería considerado por tratarse de un resultado poco probable e irreal. Por lo tanto, debemos considerar el uso de esta herramienta solo en el momento en que las restricciones y condiciones Isostáticas sean utilizadas para analizar la pieza completa y no como subgrupos de elementos de ella, como hemos venido haciendo hasta ahora.
Ücretsiz ön izlemeyi tamamladınız.
