SOLIDWORKS Simulation «Análisis Lineal»
Análisis lineal de un techo de automóvil Compuesto por capas con SOLIDWORKS Simulation
Cada parte que compone a un automóvil es de vital importancia para el correcto desempeño de este, considerando como factor más importante la seguridad e integridad del usuario final, es por esto que analizaremos el techo por la parte interna del automóvil, el cual estará sometido a una carga y verificaremos los desplazamientos y la tensión resultante final.
Al leer este blog, usted será capaz de hacer uso de la herramienta de vaciado compuesto, con el cual podrá definir diversas capas con diferentes espesores y materiales para aplicarlo dentro de una simulación estática lineal (Apartado de Simulación Estándar).
Primero hablaremos sobre el “mallado” que, durante el proceso de simulación, es una parte crucial. El análisis de elementos finitos (FEA) proporciona una técnica numérica fiable para analizar los diseños de ingeniería.
El proceso empieza con la creación de un modelo geométrico. A continuación, el programa subdivide el modelo en pequeñas porciones de formas (elementos) simples conectadas en puntos comunes (nodos). Los programas de análisis de elementos finitos consideran el modelo como una red de elementos discretos interconectados.
El Método de elementos finitos (FEM) predice el comportamiento del modelo mediante la combinación de la información obtenida a partir de todos los elementos que conforman el modelo.
Hay tres diferentes tipos de elementos principales al momento de definir el mallado del estudio, los cuales son:
1.- elementos sólidos tetraédricos en 3D.
2.- elementos de vaciado triangulares en 2D.
3.- elementos de viga en 1D.
Los elementos sólidos son apropiados para modelos de gran tamaño. Los elementos de vaciado resultan adecuados para modelar piezas delgadas (chapas metálicas) y las vigas son apropiados para modelar miembros estructurales.
Teniendo en consideración la geometría del modelo, este estudio en particular se realizó usando elementos de vaciado y se definió como un compuesto.
Comenzaremos describiendo paso a paso el estudio
El modelo que utilizaremos en la simulación es representativo asimilando lo mas posible al real como se puede ver en la siguiente imagen
Paso 1 Iniciar un nuevo estudio de simulación
Con el complemento de SOLIDWORKS Simulation iniciado, en la pestaña de Simulación, iniciamos un nuevo estudio.
En el panel de estudio seleccionamos en simulación general, análisis estático y aceptamos.
Paso 2 Configurar el Vaciado compuesto
Dentro del estudio en el apartado de partes o piezas que estarán en el estudio, con clic derecho seleccionar “definir vaciado por caras seleccionadas”
En el panel de “Definición de Elementos de SHELL” seleccionar en tipo: compuesto y con el cuadro de selección activado, seleccionar las caras de los elementos (o superficies en este caso) para incluir como elemento de vaciado compuesto
En el apartado “Opciones Compuestas” definir el numero total de pliegues en 5
y marcamos la casilla de Simétrico, de esta forma las capas 1 y 5 serán idénticas, así como las capas 2 y 4, siendo la capa 3 diferente de las demás.
Se define el valor en la columna de Espesor para cada capa o pliegue como se muestra en la imagen en milímetros.
En la columna de “Angulo” el valor 0° hará que las fibras de ese pliegue sean en dirección del eje x. Un valor de 90° hará que las fibras de ese pliegue sean perpendiculares a las de valor 0° o en dirección del eje Y.
En la columna de material definimos el material que tendrá cada capa de forma individual dando un clic en el espacio en blanco, se abrirá una ventana con la librería de materiales de SOLIDWORKS para elegir el material a aplicar
En este estudio se definió un material personalizado para las capas 1,2,4 y 5 con propiedades similares a la de la fibra de vidrio al 60% en Epoxi, para la capa intermedia número 3 se definió espuma.
Con los parámetros definidos del vaciado compuesto aceptamos y salimos.
Paso 3 Definir parámetros de sujeciones y cargas
Se definirán las entidades que servirán como “geometría fija” para restringir el modelo que será sobre las 8 aristas circulares ubicadas en los laterales.
La carga que se aplicará será de 2000 Newtons en dos caras dando un total de 4000 Newtons de fuerza sobre el modelo de manera vertical.
Paso 4 Definir la malla a utilizar
Se utilizará una malla basada en curvatura, con la casilla activada de “Renderizar el espesor de elementos SHELL en 3D (más lento), en la sección de avanzado, para obtener resultados aún más precisos.
Paso 5 ejecutar el estudio
Se ejecutará el estudio con todos los parámetros que se definieron, al final podremos observar los resultados de interés, la Tensión en las 5 capas generada por la carga, así como los desplazamientos unitarios
En resumen:
Se tuvo una tensión máxima en las 5 capas de 261.49 MPa en las zonas de color rojo (ver imagen 11)
El desplazamiento máximo generado fue de 5.832 mm en el centro del techo (ver imagen 12)
Con esto podemos apreciar la creación de un estudio estático lineal haciendo uso de elementos de vaciado compuesto por capas con espesores y materiales diferentes.
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