UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE TLAXCALA

CÁLCULO DE ESFUERZOS PARA UN ELEMENTO TIPO

BARRA.

ALUMNOS:RODRIGO HERNÁNDEZ MACÍASHUGO HERNÁNDEZ SÁNCHEZ

PROFESOR: JORGE CARRO SUÁREZ

UNIDAD DE APRENDIZAJE:

ANÁLISIS LINEAL ESTÁTICO DE ELEMENTOS FINITOS 2D Y 3D

MATERIA: ING. ASISTIDA POR COMPUTADORA

INGENIERIA : MECATRÓNICA

GRUPO: “7B”

FECHA: 25 DE SEPTIEMBRE DE 2013

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ÍNDICEINTRODUCCIÓN “ Ingeniería Asistida por Computadora” 2

¿Cómo Se Clasifican Las Estructuras? 3

OBJETIVO DE LA PRÁCTICA: 3

RESULTADOS DE APRENDIZAJE 3

DESARROLLO 4

CONCLUSIÓN HUGO HERNÁNDEZ SÁNCHEZ 16

CONCLUSIÓN RODRIGO HERNÁNDEZ MACÍAS 16

REFERENCIAS de internet 16

INTRODUCCIÓN

APLICACIÓN DE LAS ESTRUCTURAS EN LOS SISTEMAS MECANICOS

Debe entenderse como una carga estructural aquella que debe ser incluida en el cálculo de los elementos mecánicos fuerzas, momentos, deformaciones, desplazamientos de la estructura como sistema y/o de los elementos que la componen. Las cargas estructurales son generalmente clasificadas como: cargas muertas que actúan de forma continua y sin cambios significativos, pertenecen a este grupo el peso propio de la estructura, empujes de líquidos (como en un dique) o sólidos (como el suelo en un muro de contención), tensores (como en puentes), pres fuerzo, asientos permanentes; cargas vivas que son aquellas que varían su intensidad con el tiempo por uso o exposición de la estructura, tales como el tránsito en puentes, cambios de temperatura, maquinaria (como una prensa), acumulación de nieve o granizo, etcétera; cargas accidentales que tienen su origen en acciones externas al uso de la estructura y cuya manifestación es de corta duración como lo son los eventos sísmicos o ráfagas de viento.

Algunos principios básicos del cálculo estructural son:

• Aleatoriedad e incertidumbre, sobre el valor de las cargas actuantes, por lo que estas deben ser tratadas como variables aleatorias por lo que un cálculo estructural seguro incluye determinar valores estadísticos asociados a la densidad de probabilidad de cada carga. Así se define el valor característico de una carga F de efecto desfavorable como el valor tal que:

Para los cálculos se define el valor de dimensionado o valor de cálculo que es un valor mayorado calculado a partir del valor característico y los correspondientes coeficientes de seguridad como:

Donde es el coeficiente de mayoración de fuerzas.

• Método de los estados límites, muchas instrucciones técnicas y métodos recomendados usan este método consistente en identificar un conjunto de situaciones potencialmente peligrosas para la estructura, cuando el valor de cierta magnitud supera un cierto umbral. El cálculo estructural

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consiste en identificar un conjunto de magnitudes relevantes y comprobar que para todas ellas se cumple que:

Donde es valor de cálculo previsto o "valor demando" con una probabilidad alta a lo largo de la vida útil de la estructura; y es el valor último (o capacidad máxima) que es capaz de proporcionar la estructura por sus características. Si el valor de cálculo previsto no supera en ningún caso la capacidad potencial de la estructura, se juzga que la estructura mantendrá la integridad estructural y será segura para su uso establecido. En la práctica y son variables aleatorias, por lo que los códigos de cálculo estructural contienen prescripciones aproximadas asegurar la probabilidad: sea suficientemente pequeña.

• Hipótesis de carga, dadas las incertidumbres existentes sobre una estructura, y las diferentes condiciones en que puede trabajar, no resulta posible determinar mediante un único cálculo o combinación de cargas el efecto general de las cargas. Por esa razón la mayoría de instrucciones técnicas establecen diferentes combinaciones de carga, que en su conjunto reproducen situaciones cualitativamente diferentes que pueden ocurrir durante la vida útil de una estructura.

¿CÓMO SE CLASIFICAN LAS ESTRUCTURAS?

Se clasifican en: estructuras naturales y estructuras artificiales. ESTRUCTURAS NATURALES: Son aquellas creadas por la naturaleza, sin intervención del hombre, y aquellas que se refieren al esqueleto o estructura ósea. ESTRUCTURAS ARTIFICIALES: Hacen referencia a las inquietudes y necesidades del hombre por cambiar el medio en que se desenvuelve, inventa y construye sistemas estructurales que en cada momento le resuelven los problemas que se le presentan. Los ejemplos más usuales de este tipo de estructuras son los puentes y edificios, pero las podemos encontrar en la mayoría de los objetos realizados por el hombre.

También se clasifican en estructuras fijas y móviles. ESTRUCTURAS MOVILES: serían todas aquellas que se pueden desplazar, que son articuladas. Como puede ser el esqueleto, un puente levadizo, una bisagra, una biela, una rueda.

ESTRUCTURAS FIJAS: serian aquellas que por el contrario no pueden sufrir desplazamientos, o estos son mínimos. Son por ejemplo los pilares, torretas, vigas, puentes. ESTRUCTURAS MIXTAS: También existen estructuras mixtas, por tener una parte fija y otra parte móvil.

Objetivo de la práctica: Aplicar el sistema de coordenadas locales y globales para un elemento tipo barra (armadura), determinar la matriz de rigidez de cada elemento, ensamblar la matriz global, realizar el cálculo de desplazamiento nodales, cálculo de esfuerzos y fuerzas de reacción.

Resultados de aprendizaje: Al completar la unidad de aprendizaje, el alumno será capaz de aplicar la formulación del método del elemento finito para el análisis de problemas físicos en ingeniería en dos dimensiones y tres dimensiones.

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DESARROLLO

1. Dibuje el brazo soporte mostrado en el anexo 1 respetando todas las indicaciones. Este diseño será considerado como la configuración predeterminada.

Fig. 1. Modelo del brazo de soporte. Por medio de este esquema dibujaremos la pieza de la practica

2. Realice un estudio estático 1 aplicando en la sección particionada superior una carga de 1000 kgf hacia abajo. Anote lo resultados obtenidos en la tabla 1 de la sección Resultados.

ESTUDIO 1-CONFIGURACIÓN 1 S/NERVIO

Para hacer las simulaciones, nosotros utilizamos un mallado fino para tener mediaciones exactas de la estructura. Para realizar la simulación se tiene que hacer una partición en la cara superior de la pieza en donde se aplicara la fuerza (véase fig.2,3,4).

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Fig. 2. Estudio 1 Von Mises. Esta la primera simulación de la pieza, aplicando carga hacia abajo. Esfuerzo es de 60.651ksi.

Fig. 3. Estudio 1 Desplazamientos. Por medio de esta imagen podemos apreciar el desplazamiento obtenido en SolidWorks. El cual

es de 1.642e+001mm.

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Fig. 4. Estudio 1 FS. Por medio de esta imagen podemos apreciar el factor de seguridad mínimo es de 0.6

3. Realice un estudio estático 2 aplicando en la sección particionada frontal una carga de 1000 kgf hacia la derecha. Anote lo resultados obtenidos en la tabla 1 de la sección Resultados.

ESTUDIO 2-CONFIGURACIÓN 1 S/NERVIO

Se aplica la fuera requerida y se procede hacer lso estudios de esfuerzo, desplazamiento y FS. (Véase fig. 5, 6,7)

Fig. 5. Estudio 2 Von Mises. El valor del esfuerzo máximo que nos proporciona Solidworks es de 54.542ksi

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Fig. 6. Estudio 2 Desplazamientos. Por medio de esta imagen podemos apreciar el desplazamiento máximo, el cual es de 1.66e+001mm.

Fig. 7. Estudio 2 FS. Por medio de esta imagen podemos apreciar el factor de seguridad mínimo es de 0.67

4. Agregue una nueva configuración insertando un nervio de 10x10x2 como se muestra en la figura 1.

Fig.8 nervio del soporte. Podemos apreciar las medidas requeridas

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para poder hacer los siguientes estudios.

5. Con la nueva configuración realice dos nuevos estudios similares a los anteriores aplicando la carga de 1000 kgf. Anote los datos obtenidos en ambos en la tabla 1 de Resultados.

ESTUDIO 3-CONFIGURACIÓN 2 C/NERVIO

Fig. 9. Estudio 3 Von Mises. Esta viga está sometida a un esfuerzo máximo de 24.082ksi.

Fig. 10. Estudio 3 Desplazamientos. Por medio de esta imagen podemos apreciar el desplazamiento máximo, el cual es de 7.588e+000mm.

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Fig. 11. Estudio 3 FS. El factor mínimo de seguridad es de 1.51 lo que nos funciona para los estudios 3 y 7.

ESTUDIO 4-CONFIGURACIÓN 2 C/NERVIO

Fig. 12. Estudio 4 Von Mises. Esta viga está sometida a un esfuerzo máximo de 40.009ksi.

Fig. 13. Estudio 4 Desplazamientos. Por medio de esta imagen podemos apreciar el desplazamiento máximo, el cual es de

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1.475e+001mm.

Fig. 14. Estudio 4 FS. El factor mínimo de seguridad es de 0.91.

6. Para los cuatro estudios proponga una modificación apropiada y viable de tal forma que el factor de seguridad sea de 1.25 como mínimo. Explique detalladamente la propuesta de cada uno en el reporte.

ESTUDIO 5: CORRECCIÓN ESTUDIO 1, con el objetivo de cambiar el facto de seguridad a uno más apropiado y de mayor confianza se realizaron chaflanes en la base de la viga y en la parte superior de la base del tubo principal de soporte a un radio de .5 pulgadas.

Los resultados obtenidos lo podemos apreciar en las fig.(15,16 y 17)

Fig. 15. Estudio 5 Von Mises. Esta viga está sometida a un esfuerzo máximo de 60.728ksi.

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Fig. 16. Estudio 5 Desplazamientos. Por medio de esta imagen podemos apreciar el desplazamiento máximo, el cual es de

1.540e+001mm.

Fig. 17. Estudio 5 FS. El factor mínimo de seguridad es de 1.70.

ESTUDIO 6: CORRECCIÓN ESTUDIO 2

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Fig. 18. Estudio 6 Von Mises. Esta viga está sometida a un esfuerzo máximo de 60.728ksi.

Fig. 16. Estudio 6 Desplazamientos. Por medio de esta imagen podemos apreciar el desplazamiento máximo, el cual es de

1.413e+001mm.

Fig. 20. Estudio 6 FS. El factor mínimo de seguridad es de 1.66.

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ESTUDIO 7: CORRECCIÓN ESTUDIO 3

Se modificó la longitud del espesor del nervio a .84

Aplicar material y modificar el espesor del nervio de 2 hasta .85 pulgadas (véase fig. 21,22 y 23)

Fig. 21. Estudio 7 Von Mises. Esta viga está sometida a un esfuerzo máximo de 27.527ksi.

Fig. 22. Estudio 7 FS. El factor mínimo de seguridad es de 1.25 lo que nos funciona para los estudios 3 y 7.

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Fig. 23. Estudio 7 Desplazamientos. Por medio de esta imagen podemos apreciar el desplazamiento máximo, el cual es de

8.487e+000mm.

ESTUDIO 8: CORRECCIÓN ESTUDIO 4

Aplicamos el material de:

Cambiamos el espesor del nervio a 2.39 y modificamos las medidas de 10*10 a 20 *20. (como se muestra en la figura 24)

Fig.24. modificación de pieza estudio 8. Nervio de 20 *20.

Fig. 25. Estudio 8 Von Mises. Esta viga está sometida a un esfuerzo

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máximo de 28.023ksi

Fig. 26. Estudio 8 Desplazamientos. Por medio de esta imagen podemos apreciar el desplazamiento máximo, el cual es de

1.217e+001mm.

Fig. 27. Estudio 8 FS. El factor mínimo de seguridad es de 1.42.

Conclusión HUGO HERNÁNDEZ SÁNCHEZ

Es muy importante seguir practicando la aplicación de fuerzas en los diferentes de las practicas, esto me ha servido de mucho para tener una idea clara de cómo actúan estas fuerzas en los diferentes componentes de un sistema mecánico. Por medio de SOLIDWORS podemos simularlas para comprobar su funcionalidad, de una forma práctica.

Conclusión RODRIGO HERNÁNDEZ MASÍAS

El análisis por computadora es una herramienta fundamental para la ingeniería ya que como lo vimos en esta práctica podemos hacer diferentes simulaciones, todo lo que se hace con ayuda del CAD debido a que es rápido y sencillo, por lo cual es ideal para hacer diseños.

Referencias de internet.

http://webs.uvigo.es/jvilan/PRACTICA%2010_cartela_optimizacion_FEM.pdf Página de donde me base para mi ensayo.

http://www.mailxmail.com/curso-calculo-componentes-transmisiones-mecanicas/coeficiente-seguridad-admisible-1 en esta página encontré la información de factor de seguridad.

Diseño De Elementos De Máquinas: Cuarta Edición; Robert L. Molt, P.E.; PERSON Editor.

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Diseño De Máquinas: A.S Hall. A.R. Holowenco Y H.G. Laughlin: Teoría Y 320 Problemas Resueltos: Mc Graw Hill

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