SolidWorks Simulation
Presentador : Jovanny Duque CSWP https://www.youtube.com/watch?v=2j3yatrLBAY&list=UUQfwtqescX2 40t0mFek-I 9w&index= 16 https://www.youtube.com/watch?v=CaWhT3XaVEw&list=UUQfwtqescX240t0 mFek-I9w&inde x=15 https://www.youtube.com/watch?v=D82lYxHS_Y0&list=UUQfwtqes cX240t0 mFek-I9w &inde x=14 https://www.youtube.com/watch?v=1JyfQwxwt48&list=UUQfwtqescX240t0 mFek-I9w &inde x=3 https://www.youtube.com/watch?v=QEf15YBta_4&list=UU Qfwtqes cX240t0 mFek-I9w &inde x=8 https://www.youtube.com/watch?v=0Ka1qT_QLDc&list=U UQfwtqescX 240t0 mFek-I9w&i nde x=7 https://www.youtube.com/watch?v=TwRW4TLXpJs&list=UUQfwtqes cX240t0 mFek-I9w &inde x=4
VIDEO DE APOYO : SOLIDWORKS SIMULATION
Usa SolidWorks como una herramienta CAE con el entorno SIMULATION para realizar Análisis estáticos, térmicos, de vigas y muchos más.
https://youtube.com/playlist?list=PLHTERkK4EZJo5Q4afMJPrZa1OUFPr9JJQ
¿Qué es SolidWorks Simulation?
SolidWorks Simulation es un complement de análisis de diseño totalmente integrado en SolidWorks.
Permite hacer pruebas simuladas del prototipo en su entorno operativo. Puede ayudar a responder a preguntas como:
¿Cómo calculo la resistencia de los materiales en mi maquinaria, estructura o mecanismo?
¿Cuál es el factor de seguridad de mi diseño?
¿Cómo minimizo la cantidad de pruebas o prototipos?
¿Cuál es la causa más probable de falla?
¿Cuál es la zona más peligrosa de mi diseño?
¿Cuánto tiempo van a durar las piezas en mi equipo o maquinaria?
¿Cómo combino todos los factores y variables para diseñar de la manera más eficiente posible?
¿Qué tan cómo de seguro, eficaz y económico es su diseño?
SolidWorks Simulation sirve para estudiantes, diseñadores, analistas, ingenieros y otros profesionales para producir diseños seguros, eficaces y económicos.
Ciclo de diseño típico
Use SolidWorks para crear el modelo.
Fabrique un prototipo.
Pruebe el prototipo bajo distintas condiciones de carga.
En función de los resultados, modifique el modelo en SolidWorks, cree un nuevo prototipo y pruébelo otra vez hasta que quede satisfecho.
SolidWorks
Prototipo Virtual
Prueba
¿Satisfecho?
Producción en masa No
Sí
Beneficios del análisis
Los ciclos de diseño son costosos y necesitan mucho tiempo.
El análisis reduce el número de ciclos de diseño.
Reduce el coste al probar el modelo con el equipo informático en vez de costosas pruebas en el campo.
Reduce el tiempo de puesta en el mercado.
Ayuda a optimizar los diseños al
simular rápidamente muchas variables y
escenarios antes de tomar una decisión
final.
El método de elementos finitos
Las soluciones analíticas sólo están disponibles para problemas simples. Hacen muchas
suposiciones y no resuelven la mayoría de problemas prácticos.
SolidWorks Simulation usa el método de elementos finitos (FEM) , para resolver problemas simples o complejos.
FEA es adecuado para la implementación informática. Está reconocido ampliamente como el método de análisis preferido.
Otros Métodos usados en la INGENIERIA:• Método de la diferencia Finita.• Método de elemento de Frontera.• Método de Volumen Finito (CFD – Computacional FluidSW Simulation validado por NAFEMS - International Association Engineering Modelling
:
El FEA discretiza el modelo de pieza o conjunto completo, dividiendo el análisis en muchos pequeños elementos
MODELO MATEMÁTICO
Metodología FEA
ELEMENTOS FINITOS
FEM considera un problema complejo como muchos problemas simples.
Subdivide el modelo en muchas piezas pequeñas de formas simples denominadas elementos.
Modelo CAD Modelo CAD (mallado) subdividido
en piezas pequeñas
TIPOS ELEMENTOS FINITOS
SOLIDOS
SHELL
VIGAS
TIPOS ELEMENTOS FINITOS
Los elementos comparten puntos comunes denominados nodos. El comportamiento de
estos elementos se conoce ampliamente en todos los escenarios posibles de soporte y carga.
El movimiento de cada nodo se describe completamente por las traslaciones en las direcciones X, Y y Z, que se denominan grados de libertad (DOF). Cada nodo tiene 3 DOF.
ELEMENTOS TETRAÉDRICOS SÓLIDOS DE PRIMER ORDEN
4 Nodos por element 3GDL por nodo
12 GDL por elemento No se adapta a la curva
TIPOS ELEMENTOS FINITOS
SolidWorks Simulation escribe las ecuaciones que rigen el
comportamiento de cada
elemento teniendo en cuenta su conectividad con otros
elementos.
Estas ecuaciones relacionan las propiedades, restricciones y cargas del material desconocidas (por ejemplo, desplazamientos en el análisis de tensión) con las conocidas.
A continuación, el programa une las ecuaciones
en un gran conjunto de ecuaciones algebraicas
simultáneas, que pueden ser cientos de miles o incluso millones de ecuaciones.
10 Nodos por elemento
3 GDL por nodo.
30 GDL por elemento
Se adapta a la curva.
TIPOS ELEMENTOS FINITOS
3 Nodos por elemento
6 GDL por nodo T y R.
18 GDL por elemento
No se adapta a la curva.
TIPOS ELEMENTOS FINITOS
6 Nodos por elemento
6 GDL por nodo T y R.
36 GDL por elemento
Se adapta a la curva.
Activada por defecto
2 Nodos por elemento
6 GDL por nodo T y R.
12 GDL por elemento
Concepto principal de análisis de diseño
En el análisis estático, el solucionador encuentra
los desplazamientos en las direcciones X, Y Z en cada nodo.
Ahora que se conocen los desplazamientos en cada
nodo, el programa calcula las deformaciones en varias direcciones.
La Deformación es el cambio en la longitud dividida por la longitud original.
Por último, el programa usa expresiones matemáticas para calcular las tensiones derivadas de las deformaciones.
¿Qué es la tension /esfuerzo?
Cuando una carga se aplica a un cuerpo, éste intenta absorber el efecto generando fuerzas internas que varían de un punto a otro.
La intensidad de estas fuerzas se denomina tensión. La tensión es la fuerza por unidad de área.
La tensión en un punto es la intensidad de la
fuerza sobre una pequeña área alrededor de dicho punto.
F
A
P
P
lim
F/AA
La tensión es la cantidad de tensor descrita por la magnitud y la dirección con respecto a un plano dado. La tensión se describe completamente mediante seis componentes:
– SX: tensión normal en la dirección X – SY: tensión normal en la dirección Y – SZ: tensión normal en la dirección Z – TXY: tensión de cortadura en la dirección Y
sobre el plano YZ
– TXZ: tensión de cortadura en la dirección Z sobre el plano YZ
–TYZ: tensión de cortadura en la dirección Z sobre el plano XZ
La tensión positiva indica tensión y la tensión
negativa indica compresión.
Tensiones principales
P1: tensión normal en la primera dirección principal
(la mayor).
P2: tensión normal en la segunda dirección principal (intermedia).
P3: tensión normal en la tercera dirección principal
(la menor).
Las tensiones de cortadura desaparecen para algunas orientaciones.
Las tensiones normales en estas orientaciones se denominan tensiones principales.
AUDIO P1P2P3
Tensión de Von Mises
La tensión de von Mises es un número escalar
positivo que no tiene dirección. Describe el estado de tensión en un número.
Muchos materiales fallan cuando la tensión de Von Mises supera un determinado nivel.
Los esfuerzos en un punto están definidos por 6 cantidades, 3 esfuerzos normales y 3 esfuerzos cortantes
La tensión de Von Mises viene dada por:
VON 1
2---
SX SY– 2+ SX SZ– 2 +SY SZ– 2+3 TXY 2+ TXZ2+ TYZ2
1 2
=
En términos de tensiones principales, la tensión de von Mises viene dada por:
VON 1
2---
P1 P2– 2 +P1 P3– 2 +P2 P3– 2
1 2
=
Factor (Coeficiente) de Seguridad: Es el valor adimensional que muestra la relación entre el Esfuerzo Real en las condiciones de trabajo y el límite de falla seleccionado para establecer el estándar de diseño del componente evaluado.
CONFIGURACION INICIAL SOLIDWORKS SIMULATION
¿Como activar el complemento?
Abrir una pieza o entorno de pieza.
INTERFACE DE USUARIO - SOLIDWORKS SIMULATION
ARBOL No hay
que hacerlo en orden Armado del modelo
matemático Material Conexiones Cargas
Malla etc.
Resultados
?
AJUSTES PRELIMINARES - SOLIDWORKS SIMULATION
ANTES DE Hacer
cualquier análisis
AJUSTES PRELIMINARES - SOLIDWORKS SIMULATION
ANTES DE
Hacer cualquier análisis
setear/configuración general del sistema
TUTORIALES - SOLIDWORKS SIMULATION
TIPOS DE ANÁLISIS: LINEAL
Use el análisis lineal cuando
se aplique las siguientes condiciones:
1.
El material debe ser linealmente elástico.
2.
Las deformaciones estructurales deben ser pequeñas.
3.
Las cargas no varian con el tiempo
TIPOS DE ANÁLISIS:
ANÁLISIS ESTÁTICO O DE TENSIÓN
Es el tipo de análisis más común. Asume el comportamiento
lineal del material e ignora
las fuerzas inerciales. El cuerpo vuelve a su posición original cuando las cargas desaparecen.
Calcula los desplazamientos, las deformaciones, las tensiones y las fuerzas de reacción.
Un material falla cuando la tensión alcanza un determinado nivel.
Los distintos materiales fallan
a niveles de tensión diferentes. Con el análisis estático podemos probar el fallo de muchos materiales.
Los estudios estáticos proporcionan herramientas para el análisis de tensión lineal de piezas y ensamblajes cargados con cargas estáticas. Las preguntas típicas que se responderán con este tipo de estudio son:
¿Mi pieza se romperá bajo cargas funcionales normales?
¿El modelo está “diseñado en exceso”?
¿Mi diseño se puede modificar para aumentar el factor de seguridad?
Tipos de análisis: Análisis estático o de tensión
E = Límite elástico del material
TIPOS DE ANÁLISIS:
ANÁLISIS DE PANDEO
Los modelos alargados sometidos a cargas axiales
de compresión tienden a sufrir una gran
deformación lateral repentina. Este
fenómeno se denomina pandeo.
El pandeo se puede
producir antes de que el material falle debride a las atlas tensiones.
El análisis de pandeo muestra el fallo debido al pandeo y predice cargas críticas.
Carga axial
Esta barra alargada sometida
a una carga axial fallará debido al pandeo antes de
que el material comience a fallar
por las altas tensiones.
Tipos de análisis:
Análisis de frecuencia
Todo cuerpo tiende a vibrar
a determinadas frecuencias denominadas frecuencias naturales.
Para cada frecuencia natural, el cuerpo
adopta una determinada forma denominada forma modal.
El análisis de frecuencias calcula las
frecuencias naturales y las formas modales asociadas.
En teoría, un cuerpo tiene un número
infinito de modos. En FEA, existen tantos
modos como en DOF. En la mayoría de
casos, se tienen en cuenta los primeros
modos dominantes para el análisis.
Tipos de análisis:
Análisis de frecuencia
Las tensiones excesivas se producen si un cuerpo está sometido a una carga dinámica que vibra a una de sus frecuencias naturales. Este fenómeno se denomina resonancia.
El análisis de frecuencia le puede ayudar a evitar la resonancia y a solucionar los problemas
de respuesta dinámica.
Tipos de análisis:
Análisis térmico y análisis de tensión térmica
Análisis térmico
Calcula la temperatura en cada punto del modelo en función de las cargas térmicas y los contornos térmicos. Los resultados incluyen el flujo y
los gradientes térmicos.
Análisis de tensión térmica Calcula las tensiones, las
deformaciones y los desplazamientos debido a los efectos térmicos y a los cambios de temperatura.
Tipos de análisis:
Análisis de optimización- Estudio de Diseño
Calcula la solución óptima para un problema basado en:
Objetivo: establece el objetivo del análisis, como
la minimización de material del modelo.
Variables de diseño: especifica los intervalos aceptables para las cotas que pueden cambiar.
Restricciones: establece las condiciones que debe reunir el diseño óptimo, como la
especificación de
un valor máximo para las tensiones.
Pasos del análisis
1. Crear un estudio para definir el tipo de análisis.
2. Definir el material para cada componente.
3. Aplicar cargas y restricciones.
4. Mallar el modelo. Se trata de un paso automático en el que el programa subdivide el modelo en muchas piezas pequeñas.
5. Ejecutar el análisis.
6. Ver los resultados.
Los pasos 2, 3 y 4 se pueden realizar en cualquier orden.
Creación de un estudio
El primer paso en el análisis con SolidWorks Simulation es crear un estudio.
Un estudio simula un caso de prueba o un
escenario hipotético. Define la finalidad (tipo), los materiales, las restricciones
y las cargas del análisis.
Puede crear muchos estudios y los resultados de cada estudio
se pueden visualizar en cualquier momento.
Definición de materiales
Puede seleccionar un material de la biblioteca
o puede definir las propiedades del material de forma manual.
También puede agregar sus propiedades del material para crear bibliotecas de materiales personalizados.
Los resultados dependen del material
usado para cada componente.
Los materiales pueden ser isotrópicos u ortotrópicos. Los materiales isotrópicos tienen las mismas propiedades en todas las direcciones.
Los materiales ortotrópicos tienen distintas propiedades en diferentes direcciones (como la madera).
Definición de restricciones y cargas
Se deben aplicar restricciones adecuadas para impedir el movimiento del cuerpo rígido.
Las cargas incluyen las fuerzas, la presión, el momento de torsión, los
desplazamientos centrífugos,
gravitacionales, prescritos no cero, y las cargas térmicas. También hay disponibles opciones especiales para las fuerzas
remotas y de soporte.
Las restricciones definen cómo se soporta el modelo.
Un cuerpo que no esté restringido puede moverse de
forma indefinida como un cuerpo rígido.
Mallado
El mallado subdivide el modelo en muchas
piezas pequeñas denominadas elementos para la simulación matemática.
Los elementos de menor tamaño ofrecen
resultados más précisos , pero requieren más recursos informáticos.
El programa sugiere un tamaño de elemento global promedio para el mallado. Esta es la longitud promedio de un lateral del elemento.
En regiones críticas (cargas concentradas,
geometría regular), puede aplicar Mesh Control (Control de malla) para reducir
el tamaño del elemento y mejorar la precisión
de los resultados.
Tipos de mallado
Elija el tipo de malla cuando cree un estudio. Puede elegir: malla sólida, malla de vaciado utilizando superficies medias, malla de vaciado utilizando superficies, malla mixta y malla de viga.
Use malla sólida para los modelos de gran tamaño.
Use malla de vaciado utilizando superficies medias para modelos simples delgados con espesor constante.
Use malla de vaciado utilizando superficies para crear vaciados con distintos espesores y materiales en las caras seleccionadas.
Use malla mixta cuando tenga cuerpos de gran tamaño y delgados en el mismo modelo.
Use malla de viga para modelar miembros estructurales.
Mallado
En función del tamaño del elemento, el programa coloca puntos (nodos) en los contornos y, a continuación, rellena el volumen con elementos tetraédricos 3D para malla sólida, o con elementos
triangulares 2D para malla de vaciado.
Debe mallar el modelo después de realizar cualquier cambio en la
geometría. Los cambios
en el material, la restricción y la carga
no requieren un nuevo mallado.
Control de malla
Ejemplos de control de malla:
Uso de simetría
El uso de simetría reduce el tamaño del problema y mejora los resultados.
La simetría requiere que la geometría, las cargas, las propiedades del material y las restricciones
sean simétricas.
Requisitos de las restricciones de simetría:
–
Modelos sólidos: a todas las caras que coinciden con un plano de simetría se les
impide moverse en la dirección normal.
–
Modelos de vaciado: a todas las aristas que coinciden con un plano de simetría
se les debería impedir moverse en la dirección normal y rotar sobre las otras
dos direcciones ortogonales.
Las restricciones de simetría se deberían evitar en los estudios de frecuencia y pandeo.
Modelo simétrico con respecto a un plano.
Mitad del modelo con restricciones de simetría
aplicadas.
Malla de vaciado
Puede usar la malla de vaciado en vez de una malla sólida para modelar piezas delgadas.
Los elementos de vaciado resisten las fuerzas de membrana y plegado.
Malla de vaciado
La malla de vaciado con calidad de borrador usa elementos triangulares lineales con tres nodos en esquina.
La malla de vaciado con calidad alta usa elementos triangulares parabólicos con tres nodos en esquina
y tres nodos de tamaño medio.
Cada nodo en un elemento de vaciado tiene seis DOF: tres traslaciones (dir X, Y, Z global) y tres rotaciones (sobre los ejes X, Y y Z globales)
Métodos adaptativos para estudios estáticos
Las regiones críticas son ubicaciones de fuerzas concentradas y geometrías irregulares (esquinas pronunciadas) donde se producen las
concentraciones de tensión.
En estas regiones críticas, los
resultados de los nodos de elementos adyacentes comunes divergen
significativamente. Los métodos adaptativos pueden mejorar la exactitud de los resultados
automáticamente.
Los métodos adaptativos se basan en
una estimación de error y en técnicas
de ajuste de curvas.
Métodos adaptativos para estudios estáticos
El método adaptativo p usa un orden de elementos mayor (orden polinómico del campo de desplazamiento) para reducir los errores. No cambia el tamaño del
elemento.
El método adaptativo h refina la malla (tamaños de elementos más pequeños) al
usar más elementos en regiones críticas.
Ejecución de análisis
Tras definir los materiales, aplicar las restricciones y cargas, y mallar su modelo, ejecute el análisis.
Durante el análisis, el programa calcula los resultados. Este paso incluye un intenso cálculo numérico. En muchos casos, el programa
resolverá cientos de miles de ecuaciones algebraicas simultáneas.
SolidWorks Simulation cuenta con solucionadores innovadores, rápidos y precisos.
Visualización de resultados
Tras completar el análisis, puede visualizar los resultados.
SolidWorks Simulation ofrece herramientas sencillas avanzadas para visualizar los resultados en unos pocos clics.
Use trazados de sección e ISO para mirar dentro del cuerpo.
El asistente para verificación de diseño comprueba la seguridad de su diseño para estudios estáticos.
SolidWorks Simulation genera un informe estructurado preparado para Internet para
sus estudios.