Date post: | 15-Jun-2015 |
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Análisis de Ingeniería Análisis de Ingeniería
Luis Alberto Julca Verástegui
Ingeniero Mecánico Reg. CIP 62528
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Fundamentos del Análisis Fundamentos del Análisis Fundamentos del Análisis Fundamentos del Análisis
Para el diseño de mecanismos, tradicionalmente tenemos que tomar en cuenta y revisarlos detenidamente como son los siguientes conceptos como:
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En el diseño un intercambiador de calor, algunos de los conceptos que debemos revisar son los siguientes:
• Caídas de Presión• Temperaturas• Velocidad de Flujo Másico• Velocidades• Mezclas de Fluidos
Fundamentos del Análisis Fundamentos del Análisis Fundamentos del Análisis Fundamentos del Análisis
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En ciertas geometrías simples los cálculos manuales si los podemos
realizar fácilmente, como:
•Cilindros•Blocks •Vigas
Pero en ciertas geometrías se presentan dificultades para realizar los cálculos manuales como en la
siguiente geometría.
Fundamentos del Análisis Fundamentos del Análisis Fundamentos del Análisis Fundamentos del Análisis
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Suponiendo que necesitamos calcular el área de la siguiente figura:
FEA Analogía: Área FEA Analogía: Área FEA Analogía: Área FEA Analogía: Área
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Pero necesitamos mejorar la exactitud del cálculo del área de la figura:
FEA Analogía: Área FEA Analogía: Área FEA Analogía: Área FEA Analogía: Área
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Mallado FEAMallado FEAMallado FEAMallado FEAEn FEA es algo similar ya se crea un mallado que divide al componente en pequeñas partes
llamadas ELEMENTOS. Para el analisis se genera un sistema de ecuaciones para una estructura completa, para solucionar el sistema de ecuaciones se utiliza el algebra de
matrices.
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Tipos de Elementos: 2DTipos de Elementos: 2DTipos de Elementos: 2DTipos de Elementos: 2DElementos Unidimensionales (1-D):
Se usan para mallar vigas, columnas, pórticos, barras, cables, torres de transmisión de energía, puentes, línea de tuberías, etc. Las estructuras pueden ser de dos o tres dimensiones:
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Tipos de Elementos: 2DTipos de Elementos: 2DTipos de Elementos: 2DTipos de Elementos: 2D
Los elementos línea pueden ser lineales con dos nodos por elemento, cuadráticos (3 nodos) o cúbicos (4 nodos)
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Elementos Bidimensionales (2-D): Se usan para mallar estructuras contínuas (tanto planas como curvadas) Los análisis con elementos área se utilizan ampliamente en la industria.
Tipos de Elementos: 2D Tipos de Elementos: 2D Tipos de Elementos: 2D Tipos de Elementos: 2D
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Los tipos de elementos área más comunes son las láminas y cáscaras con geometría triangular de 3-6-10 nodos y cuadriláteros de 4-8-9 nodos, que además pueden ser lineales, cuadráticos y cúbicos
Tipos de Elementos: 2DTipos de Elementos: 2DTipos de Elementos: 2DTipos de Elementos: 2D
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Se usan para mallar dominios contínuos. En la práctica muchas estructuras requieren el uso de elementos que consideren los efectos tridimensionales
Elementos Tridimensionales (3-D):
Tipos de Elementos: 3DTipos de Elementos: 3DTipos de Elementos: 3DTipos de Elementos: 3D
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Los elementos sólidos 3-D están disponibles en una amplia variedad de formas, los más comunes son los siguientes:
Tetraedros, de 4-10 nodos y cuatro caras triangulares Pentaedros, de 6-nodos con dos caras triangulares y cuatro caras tipo
cuadrilátero Hexaedros, de 8-20 nodos y seis caras tipo cuadrilátero
Tipos de Elementos: 3DTipos de Elementos: 3DTipos de Elementos: 3DTipos de Elementos: 3D
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Mallado FEA : ElementosMallado FEA : Elementos Mallado FEA : ElementosMallado FEA : Elementos
Cada elemento es un sólido simple.
Los elementos son conectados por nodos.
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Mallado FEA : ElementosMallado FEA : ElementosMallado FEA : ElementosMallado FEA : Elementos
Brick element Tetrahedral (Tetra) element
Un elemento Brick (Ladrillo) por lo general debe ser creado manualmente.
Un elemento tetraédrico puede ser creado automáticamente
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Modelos con elementos tipo Brick:• Usualmente tienen muy poco elementos (soluciones muy rápidas)• Se invierte tiempo para crear los elementos tipo brick• Es difícil la creación de elementos tipo brick para componentes
complejos
Modelos con elementos tipo tetraédricos:• Rápidamente se crean en el modelo( con el mallado automático)• Se puede obtener la misma precisión que en los tipo brick• Se pueden crear mallados para componentes complejos fácilmente• Por los general estos modelos tienen muchos elementos
Elementos Brick vs. Elementos Brick vs. Elementos Tetraédricos Elementos Tetraédricos Elementos Brick vs. Elementos Brick vs. Elementos Tetraédricos Elementos Tetraédricos
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Brick Element Mesh(Manually Generated)
Simple Bracket
Tetra Element Mesh(Automatically Generated)
Elementos Brick vs. Elementos Elementos Brick vs. Elementos Tetraédricos Tetraédricos Elementos Brick vs. Elementos Elementos Brick vs. Elementos Tetraédricos Tetraédricos
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Brick Mesh
1860 nodesMax Stress: 27.6 ksi
Tetra Mesh
7009 nodesMax Stress: 27.8 ksi
Elementos Brick vs. Elementos Elementos Brick vs. Elementos Tetraédricos Tetraédricos Elementos Brick vs. Elementos Elementos Brick vs. Elementos Tetraédricos Tetraédricos
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• Pocos elementos la solución es mas rápida• Mas elementos se obtiene mas exactitud • En todo análisis se necesita encontrar un
balance entre el tamaño del modelo y el tiempo del análisis.
Análisis de Precisión Análisis de Precisión Análisis de Precisión Análisis de Precisión
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Coarse Mesh:1773 nodes
Moderate Mesh:7009 nodes
Fine Mesh:16,107 nodes
Exactitud vs. Tamaño del Mallado Exactitud vs. Tamaño del Mallado Exactitud vs. Tamaño del Mallado Exactitud vs. Tamaño del Mallado
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Mallado Burdo:1773 nodos
Sol. Time: 2 sec.
Max. Stress: 25.8 ksi
Mallado Moderado:7009 nodos
Sol. Time: 5 sec.
Max. Stress: 27.8 ksi
Mallado Fino:16,107 nodos
Sol. Time: 10 sec.
Max. Stress: 27.6 ksi
Exactitud vs. Tamaño del Mallado Exactitud vs. Tamaño del Mallado Exactitud vs. Tamaño del Mallado Exactitud vs. Tamaño del Mallado
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Mo
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Ana
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ise
ño
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1. Aplicar materiales a 1. Aplicar materiales a
componentescomponentes
2. Aplicar cargas y establecer 2. Aplicar cargas y establecer
restricciones restricciones
3. Crear el Mallado3. Crear el Mallado
4. Ejecutar el Análisis del Diseño4. Ejecutar el Análisis del Diseño
5. Visualización de resultados5. Visualización de resultados
Procedimientos para el Procedimientos para el Análisis del diseño Análisis del diseño Procedimientos para el Procedimientos para el Análisis del diseño Análisis del diseño
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Factor de Seguridad y Teorías de FallaFactor de Seguridad y Teorías de FallaFactor de Seguridad y Teorías de FallaFactor de Seguridad y Teorías de Falla
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Teorías de FallaTeorías de FallaTeorías de FallaTeorías de Falla
• Respuesta lineal, esto es directamente proporcional a las cargas aplicadas– El Esfuerzo es en un rango lineal, es
directamente proporcional a la tensión.– El desplazamiento máximo calculado es
considerablemente menor que la dimensión característica del componente.
• Material Elástico – El componente regresa a su forma original si las
cargas son removidas (deformación no permanente).
• Cargas Estáticas– Las cargas son aplicadas lenta y gradualmente.
La aplicación rápida de cargas causa desplazamientos adicionales, tensiones, y esfuerzos.
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LIN
EA
L
NO LINEAL
Esfuerzo y Deformación Esfuerzo y Deformación Esfuerzo y Deformación Esfuerzo y Deformación
FEsfuerzo
σ = F/A (normal)
σ = E.ε (Ley de Hooke)
ΔL
L
Deformación
ε = ΔL/L
A
TENSION
(ε)E
SF
UE
RZ
O
(σ)
E: Curva de la deformación del material
)(3][5.0 222222*)()()(* zxyzxyxzzyyxeq
ContactoContacto
Luis Alberto Julca Verástegui
Ingeniero Mecánico Reg. CIP 62528
[email protected], [email protected]
Tel. (044) 9638738