Dirección Xeral de Educación, Formación Profesional e Innovación Educativa

O proceso de análise en Simulación

Familia profesional	IM	Instalación e Mantemento
Ciclo formativo	CSMI02	Mecatrónica Industrial
Grao	Superior
Módulo profesional	MP0944	Simulación de Sistemas Mecatrónicos
Unidade didáctica	UD06	O proceso de análise en Simulación
Actividade	A1	Análise dunha chapa rectangular
Autores
Nome do arquivo	CSMI02_MP0944 _UD06_A1
© 2013 Xunta de Galicia. Consellería de Cultura, Educación e Ordenación Universitaria. Este traballo foi realizado durante un PFFP retribuído pola Consellería de Cultura, Educación e Ordenación Universitaria e ten licenza Creative Commons BY-NC-SA (recoñecemento - non comercial - compartir igual). Para ver unha copia desta licenza, visitar a ligazón http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/es/.

Índice

1.Ficha técnica………………………………………………………………………………………..3

Contexto da actividade	3

Título da actividade	3

Resultados de aprendizaxe do currículo	3

Obxectivos didácticos e título e descrición da actividade	3

Criterios de avaliación	4

Contidos	4

Actividades de ensino e aprendizaxe e de avaliación, métodos, recursos e instrumentos de avaliación….............................................................................................................................5

2. Análise dunha chapa rectangular………………………………….........................................6

2.1.Introdución..………………………………………………………………………………..6

2.2. Instalación do arquivo autoexecutable de exercicios…………………………...........6

2.3. Análise dunha chapa rectangular……………………………………………………..13

2.3.1)Introdución……………………………………………………………………………13

2.3.2)Breve descrición: Tensión nunha chapa…………………………………………..14

2.3.3)Resolución: Chapa rectangular……………………………………………..……...14

3.Tarefas...............................................................................................................................65 3.1Tarefa 1. Analizar unha peza simple con unha soa restrición e unha forza externa…

Enunciado …………………………………………………………………………………………..65

Resolución…………………………………………………………………………………………..65

Autoavaliación………………………………………………………………………………………85

3.2.2Tarefa 2. Determinar a rixidez dun soporte helicoidal…………………………………….86

Enunciado……………………………………………………………………………………………86

Resolución…………………………………………………………………………………………..86

Autoavaliación…………….....................................................................................................98

4. Recursos didácticos…………………………………………………………………………....100

5.Avaliación………………………………………………………………………………………..101

Proba final (exercicio)………………………………………………………………………….....102

Ficha técnica

Contexto da actividade

Módulo	Duración	Unidade didáctica.	Sesións 60´	Actividades	Sesións 60´
MP0944. – Simulación de Sistemas Mecatrónicos	50	UD01. Entorno de traballo Solidworks	4	A1.-	4
UD02. Conceptos básicos de deseño	4	A1.-	4
UD03. Deseño de prototipos mecatrónicos	4	A1.-	4
UD04. Realización de ensamblaxes de pezas	4	A1.-	4
UD05. Elaboración de planos en 2D	4	A1.-	4
UD06. O proceso de análise en Simulación	20	A1.- Análise dunha chapa rectangular	10
A2.-	10
UD07. Análise de movementos con Solidworks Motion	10	A1.-	5
A2.-	5

Título da actividade

Nº	Título	Descrición	Duración
A1	Análise dunha chapa rectangular	Analizar una peza simple con unha soa restrición e unha forza externa Analizar os desprazamentos e tensións máximas da peza de aluminio dun ensamblaxe	10

Resultados de aprendizaxe do currículo

Resultados de aprendizaxe do currículo	Completos
RA4.- Simula procesos mecatrónicos complexos, integrando subsistemas e analizando o seu funcionamento.	Non

Obxectivos didácticos e título e descrición da actividade

Obxectivos específicos	Actividade	Descrición básica	Duración
O2.1	Coñecer o entorno de traballo de Solidworks Simulation	A01	Determinar a tensión presente nunha chapa rectangular, con un trade no centro, o aplicarlle unha carga de tracción.	Analizar os desprazamentos e tensións máximas dunha peza de aceiro. Obter un informe cos resultados.	10
O2.2	Empregar documentación técnica do fabricante
O2.3	Realizar a simulación de varias pezas
O2.4	Realizar informes de resultados
O2.5	Saber interpretar os resultados obtidos
O2.6	Corrixir as desviacións

Criterios de avaliación

Criterios de avaliación
CA4.1. Identificáronse as características do proceso que se vaia simular. CA4.2.Seleccionáronse os subsistemas que o integran. CA4.3. Verificouse a relación entre os subsistemas. CA4.4. Identificáronse desviacións do funcionamento previsto. CA4.5. Localizáronse os elementos responsables da desviación. CA4.6. Corrixiuse a desviación. CA4.7. Documentouse o resultado da simulación.

Contidos

Contidos
Características dos procesos que se vaian simular. Selección de subsistemas. Integración de subsistemas. Desviacións do funcionamento. Análise e corrección de disfuncións. Documentación de resultados.

Actividades de ensino e aprendizaxe e de avaliación, métodos, recursos e instrumentos de avaliación

Qué e para qué	Cómo	Con qué	Cómo e con qué se valora	Duración (sesións)
Actividade (título e descrición)	Profesorado (en termos de tarefas)	Alumnado (tarefas)	Resultados ou produtos	Recursos	Instrumentos e procedementos de avaliación
A1. Análise dunha chapa rectangular Simulación de varios modelos de sistemas mecatrónicos	Tp1.1 Exposición por parte do profesor do funcionamento básico do software de deseño a empregar ao longo de toda a actividade. Tp1.2 Exposición polo profesor da teoría de Solidworks Simulation Tp1.3 Explicación polo profesor de como interpretar os resultados obtidos	Ta2.1 Análise de varias pezas simples Ta2.2 Análise de restricións e forzas externas Ta2.3 Análise de desprazamentos Ta2.4 Determinación de tensións máximas Ta2.5 Interpretación dos resultados	Aplicación informática instalada no PC do alumno cos deseños solicitados.	Ordenadores dos alumnos con sistemas operativos Windows. Conexión á liña telefónica cableada. Software Solidworks Premium 2014 versión académica. Manual Solidworks Simulation. Presentación multimedia. Apuntes proporcionados polo profesor. Tutoriais para poder realizar as tarefas propostas	Ficheiros de deseño de cada tarefa plantexada aos alumnos. Exercicio resumo práctico final que abrangue a maior parte dos temas tratados nas tarefas de deseño.	2

Análise dunha chapa rectangular.

Introdución

Nesta actividade comezarase facendo unha introdución ao programa de software Solidworks básico e Solidworks Simulation.

A continuación preséntanse tres tarefas a realizar polos nosos alumnos e a súa resolución na que se tratarán, entre outros, os seguintes contidos:

Configuracións básicas de Solidworks.

Simulación de pezas, analizando os desprazamentos e esforzos.

Simulación de emsamblaxes de sistemas mecatrónicos.

Solidworks Simulation é unha ferramenta de análise de deseño basada nunha técnica númerica que se denomina Análise por Elementos Finitos (Finite Element Analysis o FEA pola súas siglas en inglés), é un software capaz de analizar o comportamento estructural estático dos modelos de ensamblaxe e pezas de solidworks.

Para realizar esta actividade, debemos ter instalado SolidWorks Simulation (dispoñible na versión SolidWorks Premium), versión académica 2014.

Debemos ter tamén instalados no Solidworks 2014 os arquivos executables de exercicios para poder realizar os exercicios desta actividade.

Instalación do arquivo autoexecutable de exercicios.

Para instalar o autoexecutable do cartafol de exercicios temos que seguir os seguintes pasos:

Abrimos a aplicación chamada TRN_CDT1440_SIM2014.exe

Sae esta xanela, dicímoslle que si.

Dámoslle a unzip para descargalo

Imos o panel de tarefas, a biblioteca de deseño.

Imos a Agregar ubicación de arquivo e buscámolo.

Buscámolo en C:/

O cartafol que buscamos chamase Solidworks Training files.

Dentro de esa carpeta temos o cartafol Solidworks Simulation, seleccionámola e aceptamos.

E xa nos aparece na biblioteca de deseño.

Temos na lección 1 por un lado un cartafol chamado Case Studies e por outro lado outro cartafol chamado exercises.

En Case studies atopase o exercicio da actividade chapa rectangular (rectangular hollow plate).

No cartafol exercises atópanse as tarefas Soporte (bracket) e Resorte helicoidal (spring comprensive).

Análise dunha chapa rectangular.

2.1.1) Introdución.

O proceso de análise de modelos consta dos mesmos pasos básicos con todos os tipos de análise dos modelos, indistintamente. Para que a análise sexa significativa, debemos comprender estes pasos.

A continuación, preséntanse algunhas das etapas máis importantes da análise dun modelo:

Crear un estudo.

Cada análise feita a partir dun modelo é un estudo. Podemos ter varios estudos de cada modelo.

Aplicar o material.

Aplicase ao modelo un material que contén información física (o límite elástico, por exemplo).

Aplicar fixacións.

Agréganse fixacións para representar a maneira na que está sostido o modelo físico.

Aplicar cargas.

As cargas representan as forzas aplicadas sobre o modelo.

Executar o estudo.

O Solver calcula o desprazamento, a deformación unitaria e a tensión do modelo.

Analizar os resultados.

Interprétanse os resultados.

2.1.2) Breve descrición: Tensión nunha chapa.

Nesta primeira actividade, determinaremos a tensión presente nunha chapa rectangular, con un trade no centro, o aplicarlle unha carga de tracción. Usaremos este modelo simple para coñecer todos os pasos e a maior parte da funcionalidade do software que se adoita utilizar nunha análise estática de modelos sólidos.

A chapa rectangular con un trade está fixada a unha cara máis corta. Distribúese unha carga de 110. 000 newtons uniformemente ao largo da outra cara.

Ademais de aprender as funcións de Solidworks Simulation, o obxectivo é investigar o impacto de diferentes densidades de malla nos resultados. Usando a terminoloxía de FEA, o obxectivo é investigar o efecto de diferentes opcións de individualización nos datos de interese, no noso caso, a deformación e a tensión.

Polo tanto, realizaremos as análises utilizando mallas con diferentes tamaños de elementos.

2.1.3) Chapa rectangular.

Abrimos un arquivo de peza.

Abrimos rectangular hollow plate na carpeta da Lección 01/Case Studies. Revisamos as cotas do modelo e anotamos a lonxitude, a anchura e o espesor da peza en milímetros.

Iniciamos Solidworks Simulation.

Facemos clic en Ferramentas, Complementos. Seleccionamos Solidworks Simulation.

Facemos clic en Aceptar.

2. Abrimos a xanela opcións.

Facemos clic en Opcións no menú Simulación.

Establecemos as unidades predeterminadas para Solidworks Simulation.

En opcións predeterminadas, seleccionamos Unidades. Comprobamos que o sistema de unidades está en métrico (MKS), a lonxitude/Desprazamento en milímetros e a Presión/Tensión en Newton/mmᶺ2(MPa).

Axuste os resultados predeterminados.

En Opcións predeterminadas, seleccionamos o cartafol Resultados. Os resultados de análise crearanse e almacenaranse nun subcartafol ubicado no directorio de documentos de Solidworks.

No cartafol de resultados, seleccionamos o cartafol de documentos de Solidworks. O cartafol de documentos de Solidworks é o cartafol onde reside o arquivo rectangular hollow plate.SLDPRT no noso ordenador.

Activamos a casiña de verificación de subcartafol.

No cadro de subcartafol escribimos resultados. Isto creará automaticamente un subcartafol resultados para almacenar os resultados de Solidworks Simulation.

En solver predeterminado, seleccionamos automático.

Analizamos os solver máis adiante.

Axustamos os trazados predeterminados.

Expandimos o subcartafol Trazados predeterminados, que se encontran dentro da carpeta Trazado.

Especificamos as opcións de gráfico de colores.

No cartafol Trazado, seleccionamos Gráfico de colores.

Establecemos Formato de número en cientifico (e) e Nº de cifras decimais en 6.

Examinamos todas as opcións que se incluen neste cadro de diálogo para os graficos.

Facemos clic en aceptar para pechar a xanela Opcions.

Creamos o estudo.

Facemos clic en Novo estudo no menu Simulación.

Damos un nome o estudo.

Chamaremoslle análise predeterminado.

Seleccionamos estático como tipo de estudo.

Aceptamos na casiña de verificación.

Asignamos propiedades ao material.

Facemos clic en Aplicar material no menú Simulación.

Expandimos Solidworks Materials e

Asignamos AISI 304 dende o cartafol aceiro.

As constantes de material aparecen en color bermello.

Facemos clic en Aplicar e Cerrar.

Definimos as restriccions fixas.

No xestor de Simulation, faga clic co boton dereito do rato en Suxecions e seleccione Xeometría fixa.

Xire o modelo e seleccione a cara a que se lle aplicará as restricions.

No cadro tipo seleccionamos Xeometría fixa e logo facemos clic en Aceptar para pechar o PropertyManager Fixación.

Unha vez definidas as fixacións, restrinxiremos completamente o modelo no espazo. Polo tanto, o modelo non se poderá desprazar sen deformación elástica, usando a terminoloxía FEA, poderemos dicir que o modelo non ten ningún modo de sólido ríxido.

Cambie o nome da fixación.

Empregaremos o método que se utiliza en Windows (un clic, unha pausa e outro clic) para cambiar o nome da fixación denominada Fixación 1 polo de Lado fixo.

Definimos a forza.

Xire o modelo para mostrar a cara na que se aplicarán 110.000 N de forza de tracción e seleccione esta cara.

Faga clic co boton dereito do rato en Cargas externas e seleccione forza para ver as opcións que se poden empregar para definir as cargas.

Esta acción abre o PropertyManager Forza/Torsión.

Na zona Tipo, seleccionamos Normal; no cadro de diálogo Unidades, comprobamos que este seleccionado SI; e no cadro Valor de forza, escribimos 110.000.

Seleccionamos Invertir dirección. Necesitase esto para definir a forza de tracción. Desactivar a casiña de verificación Invertir dirección produciría unha forza de compresión.

Cando se define unha forza normal, non precisamos usar xeometría de referencia. A dirección de carga queda definida pola orientación da cara con carga cando a opción Normal se encontra activada.

Facemos clic en aceptar.

Cambiamos o nome da forza.

Cambiamos o nome de esta definición da forza polo de forza de tracción (clic co rato, pausa e clic de novo).

Xeramos a maia.

Facemos clic co boton dereito do rato en maia e seleccionamos crear maia.

Expandimos Parámetro de maiado e seleccionamos Maia basada en curvatura.

O modelo maiarase con elementos de calidade alta.

Expandimos todas as seccións do PropetyManager para ver todas as opcións dispoñibles.

Establecemos a densidade da maia.

A densidade da maia predeterminada terá o control deslizante na metade da escala.

En Parámetros de maiado, o tamaño máximo de elementos, o tamaño mínimo do elemento da maia mostrase como 5,72453 mm, o Nº mínimo de elementos nun círculo é 8 e o Cocente de crecemento do tamaño do elemento é 1,5.

Para a análise inicial, utilizaremos a configuración predeterminada.

Establecemos a calidade da maia.

Na sección Avanzado, desactivamos a casiña Maia con calidade de borrador.

Facemos clic en Aceptar para xerar a malla.

A maia aparece cando se completa o maiado.

O icono Maia que aparece na xanela do xestor de Solidworks Simulation amosará agora unha marca de verificación verde para indicar que o maiado se completou correctamente.

Executamos a análise.

Facemos clic co boton dereito do rato no icono de estudo Analise prederminado e seleccionamos executar.

Mostramos e editamos o trazado Tensión 1 (vonMises).

Facemos dobre clic en Tensión 1 baixo a carpeta Resultados para mostrar o trazado.

Observamos que o trazado de tensions está expresado en megapascales (N/mmA2) e que a lenda presenta números científicos de seis díxitos, tal e como solicitamos en Opcions.

Podemos observar que o valor máximo da tensión de vonMises é de 408 MPa, o que supera significativamente o límite elástico do material, 206 MPa, tal como indica o marcador vermello no gráfico.

20. Modifique el gráfico.

Facemos clic co botón dereito do rato en Tensiónl (vonMises) e seleccionamos Opcions de gráfico.

Active as casiñas Mostrar unha anotación mínima e Mostrar unha anotación máxima para mostrar os marcadores no trazado.

Observe que tamén pode modificar os valores límite no gráfico, o formato dos números e as opcións de color.

Se seleccionamos o gráfico, este quedará enmarcado. De esa maneira, poderá arrastralo a cualquiera ubicación no trazado.

Arrastre o gráfico a una nova ubicación

Facemos clic en Aceptar para gardar a nova configuración.

21. Modificamos a configuración do trazado de tensións.

Facemos clic co botón dereito do rato en Tensión l (vonMises) e seleccionamos Configuración.

Examinamos Opcións de borde, Opcións de contorno e Opcións de trazado de deformación que se inclúen neste cadro de diálogo.

22. Creamos un trazado de sección.

En moitas aplicacions resulta útil cortar o modelo e observar a distribución da cantidade resultante na dirección do espesor.

Facemos clic co boton dereito do rato en Tensión 1(vonMises) e seleccionamos Cortar.

No menú despregable de Solidworks seleccionamos o plano Vista lateral como unha entidade de referencia.

Utilizamos invertir dirección de recorte e Activar/desactivar recorte para controlar a dirección de corte e desactivar o trazado de sección.

Poñemos distancia 30 mm, ángulo de rotación en Y 15º e aceptamos.

23. Creamos un trazado Iso.

Supoñamos que desexamos mostrar partes do modelo na que a tensión de vonMises está entre 170 MPa e 275 MPa.

Facemos clic co botón dereito do rato en Tensión l (vonMises) e seleccione Iso-Superficies.

Esto abre o PropertyManager Vista de sección de trazado Iso.

No cadro Valor Iso, que se encontra no cadro de diálogo Iso 1, escriba 275 N/mmᶺ2 (MPa).

Activamos Iso 2 e escribimos 170 N/mmᶺ2 (MPa) no cadro Valor Iso.

Facemos clic en Aceptar.

As frechas de cor negra que aparecen na lenda das tensións indican os valores obtidos para as duas superficies ISO.

24. Identificamos os valores dos resultados de tensión.

Facemos clic co botón dereito do rato en Tensión 1(vonMises) e seleccionamos identificar valores.

Os resultados das tensions incluiense na tabla do cadro de diálogo Resultados e no trazado nas ubicacions seleccionadas.

En opcions de informe pode gardar os resultados nun arquivo, trazar o gráfico de ruta ou gardar as ubicacions como sensores.

Trazado de ruta das tensions vonMises para as ubicacions seleccionadas.

25. Definamos P1: primeira tensión principal.

Definimos un novo trazado de tensión.

Facemos clic co boton dereito do rato no cartafol Resultados e seleccionamos Definir trazado de tensions.

Seleccionamos P1:primeira tensión principal como o compoñente de tension, mantemos todas as demais opcions predeterminadas e pulsamos aceptar.

Podemos observar que o valor máximo da primeira tensión principal, 416 MPa está moi cerca do valor máximo da tensión vonMises, 408 MPa. Esto debese a que compoñente carga de tracción é o único compoñente de carga dominante que ten como resultado un límite de tensión predominante pola dirección lonxitudinal da chapa.

26. Definimos o trazado de desprazamentos.

Facemos dobre clic no icono de desprazamento 1.

O desprazamento mostra un deprazamento máximo de 0,1435 mm.

27. Superpoñemos a forma sin deformar.

Facemos clic co boton dereito do rato en desprazamento 1 e seleccionamos configuración.

Seleccionamos superpoñer o modelo orixinal sobre a deformada. Tamén podemos axustar a transparencia da imaxe no deformada.

Facemos clic en aceptar.

28. Animamos o trazado de desprazamentos.

Para animar o trazado de desprazamento, facemos clic co boton dereito do rato en desprazamento 1 e seleccionamos animar.

No PropertyManager de Animación podemos comezar e deter a animación, establecer o número de fotogramas, controlar a velocidade e gardar a animación como arquivo *.avi.

29. Realizamos o trazado dos resultados das deformacions unitarias.

Facemos dobre clic no icono de deformación unitaria 1 para mostrar o trazado.

30. Realizamos o trazado de verificación de fatiga.

Facemos clic co boton dereito do rato en Resultados e seleccionamos Definir trazado de comprobación de fatiga.

Establecemos o tipo de carga en Activar/desactivar carga para indicar que a forza de tracción poda oscilar entre 0 e 110.000 N.

Establecemos o factor de acabado superficial en Mecanizado. Mantemos o factor de carga e o factor de tamaño nos seus valores predeterminados de Axial e 0,75.

En material mantemos os valores de escalar este valor e mínimo factor de seguridade nos seus valores predeterminados de 1.

Facemos clic en aceptar.

As áreas en vermello indican problemas de fatiga potenciales.

31. Duplicamos o estudo.

Facemos clic co botón dereito do rato na pestana do análise predeterminado e logo facemos clic en Duplicar.

Escribimos Análise groso no cadro nome de estudo.

32. Creamos unha nova maia no estudo análise groso.

No estudo análise groso, facemos clic co botón dereito do rato en maia e seleccionamos cear maia. Aparece unha xanela de aviso.

Facemos clic en aceptar para abrir a maia.

Seleccionamos Maia basada en curvatura en Parámetros de maiado.

Movemos o control deslizante Factor de maia ata o extremo esquerdo. Tamaño máximo de elemento e tamaño mínimo do elemento deben ser de 11,4491 mm.

Facemos clic en Aceptar.

A maia xerada mostrase a continuación. Observamos que só hai un elemento no espesor da peza. No análise predeterminado, pola contra, había dous elementos no espesor. A maia é máis ben grosa.

33. Mostramos os detalles da maia.

Unha vez creada a maia, pódese acceder á información detallada da maia facendo clic co boton dereito do rato en Maia e seleccione Detalles.

34. Execute o análise.

35. Miramos os resultados de desprazamentos e tensions.

Rexistramos o desprazamento máximo (0,143 mm) e a tensión de vonMises máxima 403 MPa).

Todos os parámetros de trazado permanecen iguais que no estudo análise predeterminado porque as definicións de trazado copianse a partir do estudo.

36. Volvemos a executar o análise con unha maia fina.

Repetimos os pasos 31-34 para xerar un novo estudo con unha maia fina, chamado análise fino.

Ao volver a xerar a maia, movemos o control deslizante ata o extremo dereito. Tamaño máximo do elemento e Tamaño mínimo do elemento deben ser de 2,86227 mm.

A maia fina xerada coa configuración anterior mostra a continuación:

Observamos que agora temos varios elementos na dirección do espesor. Esta maia resulta aceptable para obter resultados fiables do análise.

38. Vexamos os mensaxes do solver.

Facemos clic co botón dereito do rato en Resultados e seleccionamos Mensaxes do solver.

Observamos o número de elementos, nodos e grados de liberdade.

39. Xeramos o informe en formato de Microsoft Word.

No menú Solidworks Simulation, seleccionamos Informe.

40. Agregamos as seccións que corresponden.

En Seccións do informe, seleccionamos as partes que se requiran no informe. (Por exemplo, desactivamos a selección da opción Información de contacto, xa que non hai ningunha nesta análise)

Introducimos a Información de encabezado e facemos clic en Publicar.

41. Examinamos o informe.

Abrimos o informe en Microsoft Word e examinamos os resultados.

42. Gardamos e cerramos o arquivo.

3.Tarefas

As tarefas propostas son as seguintes.

Tarefa 1. Analizar unha peza simple con unha soa restrición e unha forza externa.

Tarefa 2. Determinar a rixidez compresiva dun resorte helicoidal.

3.1.Tarefa 1.

Enunciado

Analizáranse os desprazamentos e tensións máximos da peza de aluminio dun ensamblaxe. A peza únese o resto do ensamblaxe a través dos dous trades do bulón, como se indica na figura. Despois, aplicase unha forza de 500 Newtons sobre a cara escariada da peza.

Nesta tarefa , practicaremos a configuración básica do estudo estático lineal, así como as operacións de posprocesamento dispoñible en Solidworks Simulation. Observaremos que a calidade de maia ten un impacto significativo nos resulados. Mentres que a desviación nos desprazamentos resultantes obtidos dos estudos non superará 1%, a desviación das tensións de vonMises máximas alcanzarán case o 11%.

Resolución

Abrimos un arquivo de peza.

Abrimos part na carpeta Lección 1/ Exercicios.

Especificamos as Opcións de Solidworks Simulation.

Seleccionamos Opcións no menú Simulation.

Seleccionamos a pestana Opcións predeterminadas e especificamos Métrico (MKS) como opción predeterminada para as Unidades desta análise. No cadro de diálogo Unidades, establecemos os campos Lonxitude/Desprazamento e Presión/Tensión en mm e N/mm2 (MPa), respectivamente.

Facemos clic co botón dereito do rato no cartafol Resultados do estudo estático e seleccionamos Agregar novo trazado. Agregamos un trazado de resultados adicional para P1: primeira tensión principal como trazado de resultados predeterminado.

Especificamos un subcartafol Resultados no directorio de documentos de Solidworks como unha situación para almacenar arquivos de resultados.

Formato dos números.

Seleccionamos Gráfico de colores. Seleccionamos Científico e 2 cifras decimais.

Definimos un estudo estático.

Creamos un novo estudo estático co nome Análise de tensión.

Aplicamos as propiedades do material.

Facemos clic co botón dereito do rato no cartafol Part no FeatureManager e seleccionamos Aplicar/Editar material.

Especificamos Aleación de aluminio 1060 na biblioteca Solidworks materials.

Aplicamos as fixacións.

Aplicamos xeometría fixa aos trades do bulón, como se mostra na figura

Aplicamos unha carga externa.

Aplicamos forza normal a cara indicada na figura. Especificamos una magnitude de 500 N.

Maiamos.

Seleccionamos Maia basada en curvatura en Parámetros de maido.

Maiamos o modelo con elementos de calidade alta e os tamaños de elementos predeterminados.

Executamos o estudo.

Facemos clic co botón dereito do rato en Análise de tensión no FeatureManager e executar.

Trazamos os resultados das tensións.

Pódese observar que a tensión de vonMises máxima no modelo é aproximadamente 33,27 MPa, cifra superior ao límite elástico da aleación de aluminio 1060 (27,5 MPa).

Identificamos os valores da tensión no redondeo.

Facemos clic co botón dereito do rato no trazado Tensión 1 e facemos clic en Identificar valores.

Seleccionamos En entidades seleccionadas e eliximos caras do redondeo entre os dous saintes.

Facemos clic en actualizar.

Ao identificar os valores dos resultados nas caras deleccionadas podemos ver que a tensión máxima nesta rexion de concentración de tensions é de 31,127 N/mm2, valor levemente por riba do límite elástico de 27,57 N/mm2.

Trazamos os resultados de desprazamento.

Damos un dobre clic sobre Desprazamento 1.

Podemos observar que o desprazamento resultante máximo é de 0,068 mm aproximadamente.

A inspección visual da maia de elementos finitos suxire que pode ser máis ben grosa, especialmente nas rexións onde hai redondeos. Ademais, a inspección da distribución dos valores de elementos da tensión de vonMises, indica que hai saltos de tensión considerables de elemento a elemento nas áreas de maior concentración de tensións.

Repetimos a análise con unha maia máis fina.

Creamos un novo estudo estático.

Duplicamos o estudo análise de tensión nun novo estudo chamado análise de tensión refinado.

Os cartafoles Fixacións, cargas externas, maia e resultados tamén se copiarán no novo estudo.

Creamos un maia fina.

Creamos unha maia de calidade alta.

Movemos o control deslizante Densidade de maia ata o extremo dereito, para obter un Tamaño máximo de elemento de 2,198 mm e un Tamaño mínimo do elemento de 0,733 mm.

A maia resultante mostra unha asignación bastante mellorada da xeometría do modelo.

Executamos o estudo.

Trazamos os resultados das tensións.

Ágora podemos observar que a tensión de vonMises máxima aumentou de 33,27 a 39,69 MPa, valor que segue sendo superior ao límite elástico do material de 27,5 MPa. Esto traduces nunha diferenza de case o 11%. En cambio, se examinamos o trazado, observaremos que a tensión máxima encontrase na esquina viva dos trades do bulón.

Identificamos os valores da tensión no redondeo.

Repetimos o paso 11, identificamos os valores dos resultados da tensión nas xeometrías con redondeo.

Podemos observar que a tensión de vonMises máxima nestas entidades baixou de 33,27 a 29,63 MPa, cifra que se encontra por encima do límite elástico pero é unha diferenza mínima respeto ao estudo anterior. Polo tanto concluimos que o refinamento da maia confirmou a validez da nosa simulación e que os nosos resultados converxeron.

Trazamos os resultados de desprazamento.

O trazado mostra que o deprazamento resultante aumentou de 0,0678 mm a 0,0683 mm; polo tanto, obtivemos unha diferenza de menos do 1%.

Gardamos e cerramos o arquivo.

Autoavaliación

Ao longo de cada unha das tarefas propostas na actividade o alumno deberá comprobar o resultados obtidos e saber interpretalos.

Ademais o alumno deberá entregar ao profesor a tarefa rematada e os informes de resultados.

3.2.Tarefa 2. Determinar a rixidez dun soporte helicoidal.

Enunciado

Determinar a rixidez compresiva dun resorte helicoidal.

Resolución

Abrimos un archivo de peza.

Abrimos Spring na carpeta Lección 1/Exercicios.

Para unha aplicación adecuada das fixacións e as cargas externas, engadíronse discos aos extremos do resorte. A distancia entre os discos corresponde a lonxitude activa do resorte sen comprimir.

Establecemos as opcións de Solidworks Simulation.

Axustamos o sistema de Unidades a Métrico (MKS) e as unidades de Lonxitude e Tensión a mm e N/m2 (Pa).

Creamos un estudo.

Creamos un estudo estático co nome de Rixidez do resorte.

Revisamos as propiedades do material.

As propiedades do material acero aleado transfirense dende Solidworks.

Aplicamos restricións fixas.

Aplicamos unha fixación de Xeometría fixa a cara do extremo dun disco (elemento 1).

2 1

Aplicamos unha restrición radial.

Utilizamos unha fixación avanzada para aplicar unha restrición na dirección radial a cara cilíndrica do outro disco (elemento 2).

Esta restrición só permite comprimir o resorte ou expandilo na dirección axial e xiralo arredor do eixe lonxitudinal.

Clicamos aquí tamén

Aplicamos unha forza compresiva.

Aplicamos unha forza compresiva de 0,1 N a cara do extremo do disco coa cara cilíndrica restrinxida na dirección radial (elemento 2).

Maiamos o modelo e executamos a análise.

Seleccionamos Maia baseada en curvatura en Parámetros de maiado.

Usamos elementos de calidade alta cos valores predeterminados de Tamaño máximo de elemento e Tamaño mínimo do elemento de 2.787 mm e 0,557 mm respectivamente.

Trazamos os desprazamentos de z.

Os resultados de desprazamento indican un desprazamento axial de 0,000006928 mm. O desprazamento axial realizase na dirección z.

Dobre clic en desplazamento 1

Gardamos e cerramos o arquivo.

Autoavaliación

Ao longo de cada unha das tarefas propostas na actividade o alumno deberá comprobar o resultados obtidos e saber interpretalos.

Ademais o alumno deberá entregar ao profesor a tarefa rematada e os informes de resultados.

3. Recursos didácticos

3.1 Textos de apoio ou de referencia

Manual de Solidworks Simulation 2014.

Solidworks Práctico 1 y 2. Autor Sergio Gómez González. Editorial Marcombo.

Tutorias del Software de deseño Solidworks 2014.

Recursos didácticos

Ordenador persoal, con navegador web e software Solidworks Premium 2014 versión académica.

Documentación técnica do manual de exercicios de Solidworks Simulation.

Arquivo autoexecutable de exercicios para poder facer a actividade e as tarefas.

4.Avaliación

Criterios de avaliación seleccionados para esta actividade	Instrumento de avaliación
CA1.2. Seleccionouse o software idóneo para optimizar o deseño de sistemas mecatrónicos.	Proba escrita.
CA1.3. Ideáronse solucións construtivas de sólidos e superficies.	Proba escrita.
CA.1.4. Deseñáronse as ensamblaxes dos sistemas mecatrónicos	Proba escrita.
CA1.5. Importáronse e exportáronse elementos mecatrónicos.	Lista de cotexo.
CA4.1. Identificáronse as características do proceso que se vaia simular.	Lista de cotexo.
CA4.2. Seleccionáronse os subsistemas que o integran.	Lista de cotexo.
CA4.3. Verificouse a relación entre os subsistemas.	Lista de cotexo.
CA4.4. Identificáronse desviacións do funcionamento previsto.	Lista de cotexo.
CA4.5. Localizáronse os elementos responsables da desviación.	Lista de cotexo.
CA4.6. Corrixiuse a desviación.	Lista de cotexo.
CA4.7. Documentouse o resultado da simulación.	Lista de cotexo.

Proba final (exercicio)

A avaliación final da presente actividade estará composta de tres partes diferenciadas:

Proba escrita dos contidos tratados na actividade.

Realización e comprobación das dúas tarefas encomendadas e entrega dos informes de resultados.

Proba final do estilo do exemplo amosado ao final onde se recollen a maior partes dos temas tratados.

A nota final será a media das tres partes anteriores e será necesario un mínimo de un catro en cada unha delas e unha media igual ou superior a cinco para poder acadar unha cualificación positiva na actividade.

Proba final (exemplo)

Enunciado

Avaliar a seguridade da asa dun colector de desfeitos.

Realizar os seguintes pasos:

Crear un novo estudo.

Poñer as fixacións.

Aplicar as cargas externas.

Realizar o maiado.

Trazar os resultados e interpretalos.

Descrición do problema:

A asa utilizase para suxeitar o gancho do torno ao cargar o colector nos raís do camión transportador. Todo o colector está fabricado de aceiro AISI 304. A asa está soldada (soldadura de redondeo de dous lados) as dúas chapas base cadradas situadas simetricamente a ambos os dous lados. O diámetro da asa é de 30 mm; o grosor das chapas de aceiro é de 5 mm. Aplicamos as fixacións máis adecuadas para simular a conexión entre a asa e as chapas de aceiro.

Condicións de carga.

Na condición de carga máis externa, cando se coloca o colector nos raís do camión a asa cárgase con unha forza de 3000 N e unha inclinación de 15 grados. A forza debe aplicarse na cara circular indicada na seguinte figura.

A xeometría da estrutura da asa coas chapas base aparece na seguinte figura.