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EJEMPLOS USANDO LOS PROGRAMAS DE ELEMENTOS

FINITOS: ABAQUS Y PORTAL DE PORTICOS

2

Centro Nacional de Cálculo Científico Universidad de los Andes

EJEMPLO Nº 1

CREANDO Y ANALIZANDO UN MODELO SIMPLE El siguiente ejemplo muestra el proceso de modelado a través ABAQUS/CAE; visitando cada uno de los módulos y mostrando los pasos básicos para crear y analizar un modelo simple. Para ilustrar cada uno de estos paso, se creara un modelo de una viga en Cantiliver cargada en su superficie superior, tal y como se muestra en la Fig. 1.

Datos del material

Módulo de Young, E: 209 x 103 Mpa

Coeficiente de Poisson, ν: 0.3.

Elementos

Usar C3D8I. Luego, se analizará la viga y se graficaran los esfuerzos y los desplazamientos resultantes.

200 mm 25 mm

20 mm

0.5 MPa

Fig. 1. Viga en Cantiliver cargada

3


1. CREANDO UNA PARTE Se usa el módulo Part para crear cada una de las partes que se han de analizar. Se comenzara creando un cuerpo sólido tridimensional deformable. Esto se hace delineando el perfil en dos dimensiones de la viga (un rectángulo) y extruyéndolo. ABAQUS/CAE entra automáticamente al Sketcher ó dibujador cuando se ha de crear una parte.

Nota: ABAQUS/CAE a menudo muestra un corto mensaje ó Prompt en el área de aviso indicando cual es el próximo paso que se debe seguir (Fig. 2).

Fig. 2 .Mensajes e instrucciones desplegadas en el área de aviso

Si se hace clic en el botón Cancel, se cancela la tarea en ejecución. Si se hace clic en el botón Backup, cancela el paso en ejecución y retorna al paso previo.

Para crear la viga en Cantiliver:

1. Obsérvese que al abrirse ABAQUS/CAE, éste carga automáticamente al módulo Part. De cualquier forma, la manera de acceder a los módulos es a través de la lista localizada bajo la barra de herramientas, haciendo clic en el módulo que se desea entrar (Fig. 3).

Fig. 3. Lista de módulos

Backup Prompt

Cancel

4


Cuando el módulo Part está abierto, éste despliega la caja de herramientas del módulo en el lado izquierdo de la ventana ó viewport del ABAQUS/CAE. Esta caja de herramientas posee grupos de iconos que permiten a usuarios ir rápidamente a las opciones que están dentro del menú de barra. Cada módulo despliega su propio grupo de herramientas. A lo largo de este ejemplo se manejaran las dos opciones de acceder a las herramientas, por la barra del menú ó por la misma caja de herramientas.

2. En la barra del menú seleccionar Part → Create (Fig. 4) ó de la caja de

herramientas el icono para crear la viga.

El cuadro de diálogo Create Part aparece. En el cuadro de diálogo Create Part (Fig. 5) se debe dar un nombre a la parte que se esta creando, seleccionar el espacio en donde se desea modelar, el tipo de modelado y la forma y tipo de la base característica, además de configurar el tamaño aproximado del Sketcher. Se puede editar y reescribir una parte después de crearla, pero no se puede cambiar su espacio de modelado, tipo o base característica.

3. Para el caso de este ejemplo, en Name escribir Viga como el nombre de la parte. Aceptar las opciones que aparecen activas por omisión: 3D en el recuadro Modeling Space, Deformable en el recuadro Type y Solid en el recuadro Shape de Base Feature bajo el tipo de Extrusion. En el campo de texto Aproximate size (tamaño aproximado) escribir 250.

4. Hacer clic sobre Continue para salir de la caja de diálogo Create Part y acceder al Sketcher.

ABAQUS/CAE entra automáticamente en el Sketcher (ventana cuadriculada en donde se dibujan los perfiles de las partes a extruir. Fig. 6). La caja de herramientas del Sketcher aparece en el lado izquierdo de la ventana principal y la malla del Sketcher se activa. El Sketcher contiene un conjunto de herramientas básicas que permiten hacer un bosquejo bidimensional del perfil de la parte que se esta construyendo. ABAQUS/CAE entra en el Sketcher cada vez que se crea o edita una parte. Para terminar de usar el Sketcher, hacer clic con el botón 2 del ratón en la

Fig. 4. Seleccionando una herramienta desde el menú de barra

5


ventana y cancelar el procedimiento (Cancel Procedure), y luego presionar Done a través del botón 2 del ratón ó el área de aviso

Los siguientes aspectos del Sketcher permiten ayudar a dibujar la geometría deseada:

La cuadrícula del Sketcher ayuda a colocar el cursor y alinear objetos en la ventana.

Las líneas indican los ejes “X” e “Y” del dibujo e interceptan en el

origen del Sketcher.

Cuando se selecciona una herramienta del Sketcher, ABAQUS/CAE muestra la coordenada “X” e “Y” del cursor en la esquina superior izquierda de la ventana.

Fig. 6. Sketcher ó dibujador

Fig. 5. Caja de dialogo Create Part

6


Un sistema de referencia en la esquina inferior izquierda de la ventana indica la relación entre el plano del dibujo y la orientación de la parte.

5. Para hacer el dibujo del perfil de la viga en Cantiliver, se necesita dibujar un

rectángulo. Para seleccionar la herramienta de dibujo del rectángulo, se hace lo siguiente:

a. En la caja de herramientas del Sketcher, hacer clic sobre el icono o a

través de la barra del menú seleccionar Add → Line → Rectangle, para crear

un rectángulo.

Al ser seleccionada, la herramienta de dibujo del rectángulo aparece en la caja

de herramientas del Sketcher con un fondo blanco indicando que la

misma se ha activado. ABAQUS/CAE despliega mensajes en el área de aviso

para guiar el procedimiento.

6. En la ventana, dibujar el rectángulo de acuerdo a los siguientes pasos:

a. Notar que cuando se mueve el cursor sobre la ventana, ABAQUS/CAE muestra las coordenadas “X “e “Y” en la esquina superior izquierda (Fig. 7).

b. Hacer clic, en una de las esquinas del rectángulo, en la coordenada (-100,10). c. Mover el cursor a la esquina opuesta de coordenada (100, -10) y hacer clic. De

esta manera el rectángulo será de 20 cuadros a lo largo y 2 a lo alto como se muestra en la Fig. 8.

d. Terminado de dibujar el rectángulo, hacer clic con el botón 2 del ratón en la

ventana y presionar Cancel Procedure ó desactivar la herramienta activa.

Fig. 7. Visualización de las coordenadas X y Y del

7


Fig. 9. Caja de dialogo Edit Base

7. En caso de que se cometa algún error mientras se este usando el Sketcher, se pueden borrar líneas del dibujo realizado, siguiendo los siguientes pasos:

a. De las herramientas del Sketcher, seleccionar o a través de la barra del

menú seleccionar Edit → Delete Entities.

b. En el dibujo de la parte hacer clic sobre la línea que se desea borrar (ABAQUS/CAE resalta la línea que se desea borrar en color rojo).

c. Para borrar la línea seleccionada, hacer clic con el botón 2 del ratón en la

ventana y presionar Done o desde el área de avisos haciendo clic igualmente en Done.

d. Repetir los pasos b. y c. tantas veces como sea necesario.

e. Para terminar de usar la herramienta Delete, hacer clic con el botón 2 del ratón

en la ventana y presionar Cancel Procedure o desactivar el icono de la herramienta (hacer clic en ella misma, su fondo pasara de blanco a gris).

8. En el área de aviso ó a través del botón 2 del ratón, hacer clic sobre Done para

confirmar que el perfil dibujado es el que será extruido y salir del Sketcher. 9. Como se esta creando una parte mediante el procedimiento de extrusión,

ABAQUS/CAE muestra la caja de diálogo Edit Base Extrusión (Fig. 9) donde se pide la distancia a extruir del dibujo del perfil de la parte creada. Para este caso escribire 25 en Depth y los parámetros por defecto de Options. Presionar OK.

Fig. 8. Dibujo del rectángulo

8


ABAQUS/CAE despliega una vista isométrica de la nueva parte, tal como se muestra en la Fig. 10.

10. Antes de continuar con este ejemplo, salvar el modelo en un archivo de base de datos del modelo, para ello:

a. En la barra de menú, seleccionar File → Save. La caja de diálogo Save Model

Database As aparece.

b. Escribir un nombre para la nueva base de datos del modelo en el campo File Name (para este ejemplo, Ejemplo1), y hacer clic en OK. No hay necesidad de incluir la extensión del archivo; ABAQUS/CAE automáticamente añade .cae en el nombre del archivo.

ABAQUS/CAE almacena la base de datos del modelo en un archivo nuevo y vuelve al módulo Part. La barra de título de la ventana principal de ABAQUS/CAE exhibe la dirección y el nombre de la base de datos del modelo creado.

2. CREANDO UN MATERIAL Se usa el módulo Property para crear un material y definir sus propiedades. Para este ejemplo se creará un material elástico lineal con un módulo de elasticidad (o de Young), E de 209x103 Mpa y una relación de Poisson de ν = 0.30. Para definir el material:

1. En la lista de módulos que se encuentra en la barra de herramientas, seleccionar

Property para entrar en el módulo de propiedades.

2. En la barra del menú, seleccionar Material Create o de la caja de herramientas

del módulo hacer clic en la herramienta para crear un material nuevo.

El cuadro de diálogo Edit Material aparece.

Fig. 10. Vista isométrica de la viga

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3. En la caja de diálogo Edit Material:

a. Nombrar al material Acero. b. Usar la barra del menú del editor del material que aparece dentro del área de

opciones de material (Material Options). Algunos de los items contienen submenús.

c. De la barra del menú de editor de material, seleccionar Mechanic Elasticity

Elastic como se muestra en la Fig. 11. ABAQUS/CAE despliega la forma de los datos elásticos (Fig 12).

d. Escribir el valor correspondiente al módulo de elasticidad, E de 209.0x103, y

el correspondiente al módulo de Poisson, ν de 0.30, en sus respectivos campos Young’s Modulus y Poisson’s Ratio. Las demás opciones de Elastic dejarlas por defecto.

Fig. 11. Selección de la propiedad elástica del material

Fig. 12. Forma de datos elásticos

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e. Hacer clic en OK para salir del editor de materiales.

3. DEFINIENDO Y ASIGNANDO LAS PROPIEDADES DE LA SECCION Se definen las propiedades de la sección de un modelo creando secciones en el módulo Property. Después de crear la sección, se puede usar uno de los siguientes dos métodos para asignar la sección a la parte creada.

Se puede simplemente seleccionar una región de la parte creada y asignar la sección a la región seleccionada, ó

Se puede hacer uso del conjunto de herramientas para crear un grupo homogéneo

que contenga la región y asignar la sección al grupo.

Para este ejemplo se creara una sola sección sólida homogénea, que se le asignara a la viga seleccionándola desde la ventana. La sección del sólido contendrá una referencia del material que se acaba de crear.

3.1. Definiendo una sección sólida homogénea Una sección sólida homogénea es el tipo de sección más simple que se puede definir; esta incluye solamente una referencia del material y un espesor del plano esfuerzo / deformación.

1. En la barra de menú, seleccionar Section Create o de la caja de herramientas del

módulo hacer clic en la herramienta para crear la sección. El cuadro de

diálogo Create Section aparece.

2. En el cuadro de diálogo Create Section (Fig. 13):

a. Nombrar la sección, SeccionViga. b. En la lista Category aceptar Solid como la selección por omisión de categoría. c. En la lista Type aceptar Homogeneous como la selección por omisión del tipo. d. Hacer clic sobre Continue.

El cuadro de diálogo Edit Section aparece.

3. En el cuadro Edit Section (Fig 14):

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a. Aceptar los valores por omisión, Acero como material asociado con la sección y el valor de 1 para el espesor del plano de esfuerzo / deformación.

b. Hacer clic sobre OK.

3.2. Asignando la sección a la viga en Cantiliver

Para hacer esto, se usa Assign del módulo Property para asignar la sección SeccionViga a la viga.

1. De la barra del menú, seleccionar Assign Section o de la caja de herramientas

del módulo hacer clic en la herramienta para asignar la sección.

2. Hacer clic en cualquier lugar sobre la viga, para seleccionarla como la región a la

que se asignara la sección. ABAQUS/CAE resalta la viga entera (Fig. 15).

Fig. 14. Cuadro de dialogo Edit Section

Fig. 13. Cuadro de dialogo Create Section

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3. Hacer clic con el botón 2 del ratón en la ventana y seleccionar Done ó hacer clic sobre el botón Done en el área de aviso.

El cuadro de diálogo Assign Section aparece (Fig. 16), conteniendo una lista de las secciones existentes.

4. Aceptar la sección SeccionViga como la sección por omisión y hacer clic sobre

OK.

El ABAQUS/CAE asigna la definición de la sección a la viga y cierra el cuadro de diálogo Assign Section.

4. EMSAMBLANDO EL MODELO Cada parte que se crea esta orientada en su propio sistema coordenado y es independiente de las otras partes en el modelo. Haciendo uso del módulo Assembly se puede definir la geometría del modelo finalizado, a través de la creación de instancias (Instances) de una parte y luego mediante la ubicación relativa de ellas con respecto a otras, ensamblarlas en un sistema global de coordenadas. El modelo de este ejemplo solo contiene una parte pero otros pueden contener más de una.

ABAQUS/CAE coloca la instancia de modo que el origen del dibujo que definió el perfil rectangular de la viga, coincida con el sistema de coordenada global.

Fig. 15. Selección de la región a asignar la seccion creada

Fig. 16. Cuadro de dialogo Assign Section

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Para ensamblar el modelo se sigue el siguiente procedimiento:

1. En la lista de módulos, seleccionar Assembly para entrar al módulo de ensamblaje. 2. De la barra del menú, seleccionar Instance Create ó de la caja de herramientas

del módulo hacer clic en la herramienta para ensamblar el modelo. El cuadro

de diálogo Create Instance aparece (Fig 17).

3. En el cuadro de diálogo Create Instance, aceptar en Parts la selección por defecto

Viga (por ser la única) y hacer clic sobre OK.

ABAQUS/CAE crea una instancia de la viga en Cantiliver y la muestra usando una orientación isométrica (Fig. 18). En este ejemplo, una sola instancia de la viga define el ensamblaje. Un segundo sistema de referencia (ubicado en la parte inferior izquierda de la Fig. 18) indica el origen y orientación del sistema coordenado global.

Fig. 17. Cuadro de dialogo Create

Fig. 18. Orientación isométrica de la viga instada

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4. En la barra de herramientas en la parte superior de la ventana, hacer clic sobre la

herramienta de manipulación Rotate View, .

Cuando se mueve el ratón dentro de la ventana, aparece un círculo.

5. Teniendo pulsado el botón 1 del ratón, arrastrar el ratón sobre la ventana para rotar el modelo y examinarlo de todos los lados. Hacer clic con el botón 2 del ratón en la ventana y presionar Cancel Procedure ó desactivar dicha herramienta, para salir de la misma. Existen otras herramientas (Fig. 19) disponibles en la barra de herramientas para ayudar a examinar el modelo. Se puede experimentar con ellas, seleccionándolas como se hizo con Rotate.

Pan View Magnify View

Box Zoom View

Auto-Fit View

5. CONFIGURANDO EL ANÁLISIS Ahora que se tiene la parte creada, se puede pasar al módulo Step para configurar el análisis. Para la viga de este ejemplo, el análisis consistirá de 2 pasos: Un paso inicial, en el cual se aplicara una condición de borde que restringen uno de los extremos de la viga y un paso estático general, en el cual se aplica una carga de presión en la cara tope de la viga. Nota: ABAQUS/CAE genera el paso inicial automáticamente, pero se debe usar el módulo Step para crear los demás pasos del análisis. El módulo Step también permite solicitar la salida para cualquier paso en el análisis.

5.1. Creando un paso de análisis Se usa el menú Step para crear un paso estático general que sigue al paso inicial del análisis. Para crear un paso estático general:

1. En la lista de módulos, seleccionar Step para entrar al módulo de pasos. 2. En la barra del menú principal, seleccionar Step Create ó de la caja de

herramientas del módulo hacer clic en la herramienta para crear el paso. El

Fig. 19. Otras herramientas de manipulación de vista disponibles

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cuadro de diálogo Create Step (Fig. 20) aparece con una lista de todos los

procedimientos generales y el nombre del paso por defecto Initial. Se debe

recordar que los procedimientos de análisis general son aquellos que pueden ser

usados en análisis de respuesta lineal y no lineal.

3. Nombrar al paso PasoViga.

4. De la lista de procedimientos generales disponibles en el cuadro de diálogo Create

Step, seleccionar Static General si este no esta seleccionado, y hacer clic en Continue.

5. El cuadro de diálogo Edit Step aparece (Fig. 21) con las opciones por defecto para un paso estático general.

Fig. 20. Cuadro de dialogo Create

Fig. 21. Cuadro de dialogo Edit Step

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6. La lengüeta Basic es seleccionada por defecto. En el campo de Description escribir Carga en el tope de la viga.

7. Hacer clic sobre la lengüeta Incrementation y aceptar la opción del incremento de

tiempo que aparece por defecto. Hacer clic en la lengüeta Other para ver sus contenidos, aceptar los valores por defecto proporcionados para el paso.

8. Hacer clic sobre OK para crear el paso y salir del cuadro de diálogo Edit Step.

5.2. Salida de datos Cuando el modelo es sometido al análisis ABAQUS/Standard ó ABAQUS/Explicit escribe los resultados del análisis en una base de datos de salida. Adicionalmente, si se crea un paso el programa genera automáticamente un grupo de salidas por defecto, pero necesariamente estas no tienen que ser las que el analista requiere. Por lo tanto, para cada paso creado, el usuario puede usar el Field Output Request Manager y el History Output Request Manager para hacer lo siguiente:

Seleccionar las variables que ABAQUS escribirá en la base de datos de salida.

Seleccionar los puntos de la sección del elemento para los cuales ABAQUS generara los datos.

Seleccionar la región del modelo para la cual ABAQUS generara los datos.

Cambiar la frecuencia con la que el ABAQUS escribirá la data en la base de datos

Cuando se crea un paso, ABAQUS/CAE genera por defecto una salida requerida para el paso. Para la viga del ejemplo, simplemente, se examinara las salidas requeridas y se aceptara la configuración por defecto. Para examinar las salidas requeridas:

1. En la barra del menú, seleccionar Output → Field Output Request → Manager

ó de la caja de herramienta del módulo, al lado de , hacer clic en la

herramienta para examinar las salidas.

ABAQUS/CAE desplegará el Field Output Request Manager ó administrador del campo de salidas requeridas (Fig. 22). Este administrador ó Manager despliega una lista alfabética de las salidas requeridas existentes a lo largo del lado izquierdo de la caja de diálogo. Los nombres de todos los pasos en el análisis aparece a lo ancho de la parte superior de la caja de diálogo en el orden de ejecución. La tabla formada por estas dos listas, despliegan el estado de cada salida requerida en cada paso.

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Fig. 22. Field Output Request Manager ó administrador de campo de salidas requeridas

2. Revisar las salidas requeridas por defecto que ABAQUS/CAE genera para el paso

estático general creado, PasoViga. 3. Hacer clic a la celda, en la tabla etiquetada, Created; esa celda se destaca y la

siguiente información relacionada a la celda aparece en la leyenda en la parte baja del Manager:

Step procedure: El tipo de procedimiento del análisis realizado en el paso

en esa columna.

Variables: La lista de las variables de salidas.

Status: El estado de la salida requerida. 4. En el lado derecho del Field Output Request Manager, hacer clic sobre Edit para

ver información más detallada referente a las salidas requeridas.

El editor de campo de salida requerida ó Edit Field Output Request aparece (Fig. 23). En Output Variables del cuadro de diálogo, una caja de texto lista todas las variables que serán salida. Si se cambia alguna de las opciones de salida, siempre podrán retornarse a las que se presentan por defecto haciendo clic en Preselect Default sobre el cuadro de texto.

5. Hacer clic sobre los triangulitos verdes que aparecen al lado de cada categoría para ver exactamente cuales variables han sido solicitadas. Los cuadros al lado de cada titulo de categoría permiten ver rápidamente si todas las variables de esa categoría serán salida.

6. Basándose en opciones que aparecen en la parte inferior del cuadro de diálogo

(después de las categorías), la data será generada por defecto en cada punto de la sección por defecto en el modelo y será escrita en la base de datos de salida después de cada incremento durante el análisis.

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7. Hacer clic sobre Dismiss para cerrar el Field Output Request Manager.

8. Revisar la historia de salidas requeridas de forma similar, seleccionando Output →

History Output Request → Manager desde el menú de barras ó de la caja de

herramienta del módulo, al lado de , hacer clic en la herramienta .

6. APLICANDO UNA CONDICION DE BORDE Y UNA CARGA AL MODELO Las condiciones de borde y las cargas dependen del paso, lo que significa que se debe indicar en que paso ó pasos estarán activas. Una vez que se han definido los pasos del análisis, se puede usar el módulo Load para definir las siguientes condiciones prescritas:

Una condición de borde que restringe uno de los extremos de la viga en Cantiliver en las direcciones x, y y z (ver Fig. 1); esta condición de borde es aplicada en el paso inicial.

Fig. 23. Cuadro de dialogo Edit Field Output Request

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Una carga aplicada en la cara tope de la viga; la carga es aplicada durante el paso de análisis general (ver Fig. 1).

6.1. Aplicando una condición de borde a uno de los extremos de la viga en Cantiliver Se usa el menú BC ó las herramientas del módulo para crear una condición de borde que restrinja la viga en Cantiliver en uno de sus extremos. Para aplicar las condiciones de borde a uno de los extremos de la viga en Cantiliver:

1. En la lista de módulos, seleccionar Load para entrar a dicho módulo. 2. De la barra del menú, seleccionar BC → Create ó de la caja de herramienta del

módulo, hacer clic en para crear la condición de borde. La caja de diálogo

Create Boundary Condition aparece (Fig. 24).

3. En la caja de diálogo Create Boundary Condition:

a. Nombrar a la condición de borde Empotramiento. b. De la lista de pasos Step, seleccionar Initial como el paso en el cual la

condición de borde será activada. c. En la lista Category, aceptar Mechanical como la selección de categoría por

defecto. d. En la lista Type for Selected Step, aceptar

Symmetry/Antisymmetry/Encastre como la selección por defecto del tipo de condición de borde para el paso seleccionado y hacer clic en Continue.

Fig. 24. Caja de dialogo Create Boundary Condition

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ABAQUS/CAE despliega mensajes en el área de avisos para guiar el procedimiento.

4. Hacer clic sobre la cara del extremo izquierdo de la viga en Cantiliver para seleccionar la región a la que se aplicaran las restricciones. La cara deseada se muestra en Fig. 25.

En caso de que ABAQUS/CAE no seleccione el área correcta, se puede trabajar la

herramienta de opciones de selección Show/Hide Selection Options que aparecen en el

área de aviso, la cual permite escoger la superficie correcta.

Por defecto, cuando se hace clic en una región que solape más de una cara, ABAQUS/CAE selecciona la cara más cercana a la pantalla. Para seleccionar la cara del extremo izquierdo de la viga en Cantiliver sin cambiar la vista de la viga, se necesita apagar este comportamiento por defecto y recorrer por la selección correcta.

Esto se hace de la siguiente forma:

Del área de aviso hacer clic en la herramienta de opciones de selección .

De la caja de diálogo Options que aparece, desactivar la herramienta de objeto

más cercano .

Hacer clic sobre la cara deseada. ABAQUS/CAE despliega los botones Next,

Previous, y OK sobre el área de aviso.

Hacer clic sobre Next ó Previous hasta que la cara seleccionada sea la correcta.

Hacer clic en OK para aceptar la selección.

Fig. 25. Selección de la región sobre la cual aplicar la condición de borde

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5. Hacer clic con el botón 2 del ratón en la ventana y seleccionar Done ó hacer clic en Done en el área de aviso, para indicar que se ha acabado la selección. La caja de diálogo Edit Boundary Condition aparece (Fig. 26).

6. En la caja de diálogo Edit Boundary Condition:

a. Seleccionar ENCASTRE b. Hacer clic OK para crear la condición de borde y para cerrar la caja de diálogo.

ABAQUS/CAE despliega flechas en cada esquina y los puntos medios sobre la cara seleccionada para indicar los grados de libertad impedidos (Fig. 27). Las flechas simplemente dirigidas representa una restricción que es aplicada a un grado de libertad traslacional. Flechas doblemente dirigidas representan un impedimento que es aplicado a un grado de libertad rotacional. Un condición de borde de ENCASTRE restringe todo, los seis grados de libertad.

Fig. 27. Restricción de la cara seleccionada

Fig. 26. Caja de dialogo Edit Boundary Condition

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7. En la barra del menú, seleccionar BC → Manager ó de la caja de herramienta del

módulo, al lado de , hacer clic en la herramienta . ABAQUS/CAE

despliega el Boundary Condition Manager ó administrador de la condición de

borde (Fig. 28).

En él se indica que la condición de borde es Created (activada) en el paso inicial y es Propagated (continua siendo activa) en el paso estático general PasoViga.

8. Hacer clic sobre Dismiss para cerrar el Boundary Condition Manager.

6.2. Aplicando una carga en el tope de la viga en Cantiliver Ahora que se tiene restringido uno de los extremos de la viga, se puede aplicar una carga distribuida a la cara tope de la viga. La carga es aplicada durante el paso estático general creado anteriormente. Para aplicar una carga en el tope de la viga en Cantiliver:

1. De la barra del menú, seleccionar Load → Create ó de la caja de herramienta del

módulo, hacer clic en para crear la carga a aplicar. La caja de diálogo Create

Load aparece (Fig. 29).

Fig. 28. Boundary Condition Manager ó administrador de la condición de borde

Fig. 29. Caja de dialogo Created

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2. En la caja de diálogo Create Load:

a. Nombrar a la carga Presion.

b. De la lista de pasos Step, seleccionar PasoViga como el paso en cual la carga

será activada. c. En la lista Category, aceptar Mechanical como la selección de categoría por

defecto. d. En la lista Type for Selected Step, seleccionar Pressure como el tipo de carga

para el paso seleccionado, y hacer clic en Continue.

3. En la ventana, seleccionar la cara tope de la viga como la superficie a la cual será aplicada la carga. La cara deseada es mostrada por la cara rayada en la Fig. 30.

4. Hacer clic con el botón 2 del ratón y seleccionar Done ó sencillamente hacer clic en Done en el área de aviso, para indicar que se ha acabado la selección de la región. La caja de diálogo Edit Load aparece (Fig. 31).

5. En la caja de diálogo Edit Load:

a. Introducir, en el campo de texto Magnitude, una valor de 0.5 para la magnitud de la carga.

b. Aceptar la selección de Amplitude por defecto. ABAQUS rampeara hacia

arriba la carga durante el paso. c. Hacer clic en OK para crear la carga y cerrar la caja de diálogo.

ABAQUS/CAE despliega flechas señalando hacia abajo, a lo largo de la cara tope de la viga, para indicar la carga aplicada en la dirección de 2 (Fig. 32).

Fig. 30. Selección de la región sobre la cual aplicar la carga de presión

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6. Examinar el Load Manager ó administrador de carga (se accede a el desde la barra

del menú, seleccionando Load → Manager ó de la caja de herramienta del módulo,

al lado de , haciendo clic en la herramienta ) y chequear que la carga ha

sido creada (created) en el paso estático general PasoViga (Fig. 33).

7. Hacer clic sobre Dismiss para cerrar el Load Manager.

7. MALLANDO EL MODELO El módulo Mesh se usa para generar la malla de elementos finitos. Se puede seleccionar la técnica de mallado que ABAQUS/CAE usará para crear la malla, la forma del elemento y el tipo del elemento. ABAQUS/CAE usa diferentes técnicas para hacer el mallado. La técnica de mallado por defecto, asignada al modelo, esta indicada por el color del modelo cuando se entra al módulo Mesh; si ABAQUS/CAE muestra el modelo en color anaranjado, este no puede ser mallado sin asistencia del usuario.

Fig- 32. Aplicación de la carga de presión en la cara tope de la viga

Fig. 33. Load Manager ó administrador de carga

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7.1. Para asignar los controles del mallado

1. En el listado de módulos, hacer clic sobre Mesh para entrar en el módulo de mallado.

2. En la barra del menú, seleccionar Mesh Controls ó de la caja de herramienta del

módulo, hacer clic en la herramienta .

El cuadro de diálogo Mesh Controls aparece (Fig. 34). ABAQUS/CAE colorea las regiones del modelo para indicar cual técnica se usara para mallar esa región. Para este ejemplo, ABAQUS/CAE usara el mallado estructurado para discretizar la viga y la muestra en color verde.

3. En el cuadro de diálogo, en Element Shape, aceptar Hex como la selección de la

forma del elemento por omisión.

4. En Tecnique, aceptar Stuctured como la selección por omisión. 5. Hacer clic en OK para asignar los controles del mallado y cerrar el cuadro de

diálogo.

7.2. Asignando un tipo de elemento de ABAQUS

Se usa la caja de diálogo Element Type para asignar un elemento particular de ABAQUS al modelo. Aunque ahora se asignara el tipo de elemento, se podría también esperar hasta después de que se hubiese creado la malla. Para asignar el tipo de elemento:

1. En la barra del menú, seleccionar Mesh Element Type ó de la caja de

herramienta del módulo, hacer clic en la herramienta . Aparece el cuadro de

diálogo Element Type (Fig. 35).

Fig. 34. Cuadro de dialogo Mesh Controls

26


2. En el cuadro de diálogo, aceptar las siguientes selecciones por omisión:

• En Element Library, Standard como la librería de elementos a usar. • En Geometric Order, Linear como el orden geométrico a aplicar en el

elemento. • En Family, 3D Stress como la familia de elementos a emplear en el modelo.

3. En la parte mas baja del cuadro de diálogo, examinar las opciones de la forma del

elemento. Una breve descripción del elemento seleccionado esta disponible seguidamente a la opción Element Controls. De esta forma el modelo es un sólido tridimensional, solamente los tipos de elemento sólido tridimensional (Hexaédrico sobre la lengüeta Hex, prisma triangular sobre Wedge, y tetraédrico sobre Tet) se muestran.

4. En la lengüeta Hex (activa por defecto), seleccionar Incompatible modes, de la

lista de Element Controls. Una descripción del tipo de elemento C3D8I aparece en la parte inferior del cuadro de diálogo.

5 Hacer clic en OK para asignar el tipo de elemento y para cerrar el cuadro de

diálogo.

Fig. 35. Cuadro de dialogo Element Type

27


7.3. Creando el mallado

El mallado básico es una operación de dos pasos: primero se dividen los bordes de la parte (Seeding), y entonces se malla dicha parte. Se selecciona el número de divisiones basado en el tamaño del elemento deseado ó en el número de elementos que se desean a lo largo de los bordes, y ABAQUS ubica los nodos de la malla en las divisiones siempre que sea posible. Para el ejemplo, la división por defecto generara una malla con elementos hexaédricos. Para mallar el modelo:

1. En la barra del menú, seleccionar Seed Instance ó de la caja de herramienta del

módulo, hacer clic en la herramienta .

En el área de aviso aparece el tamaño del elemento por defecto que ABAQUS/CAE usará para dividir la parte. Este tamaño de elemento por defecto esta basado en el tamaño de la parte.

2. En el área de aviso, borrar el tamaño de elemento por defecto de 20.0 y escribir un

valor de 10.0, y presionar [Enter]. ABAQUS/CAE aplica las divisiones a la parte, como se muestra en la Fig. 36. Se

puede ganar mas control del mallado resultante si se divide cada borde de la parte individualmente.

3. Hacer clic con el botón 2 del ratón en la ventana y seleccionar Cancel procedure ó

desactivando la herramienta, para aceptar la división realizada.

4. Del menú de barra, seleccionar Mesh → Instance ó de la caja de herramienta del

módulo, hacer clic en la herramienta para mallar la parte.

Fig. 36. División aplicada a la viga (Seeding)

28


5. De los botones del área de aviso, hacer clic en Yes para confirmar que se quiere mallar la parte. ABAQUS/CAE malla la parte y muestra la malla resultante, tal como muestra en la Fig. 37.

8. CREANDO Y SOMETIENDO UN TRABAJO DE ANÁLISIS Una vez configurado el análisis, se debe abrir el módulo Job para crear un trabajo que esta asociado con el modelo y someter ese trabajo al análisis. Para crear y someter un trabajo de análisis:

1. En la lista de módulos, hacer clic sobre Job para entrar al módulo de trabajo. 2. De la barra del menú, seleccionar Job → Create ó de la caja de herramienta del

módulo, hacer clic en la herramienta para crear el trabajo. El cuadro de

diálogo Create Job aparece con una lista de los modelos que están disponibles en la

base de datos de modelos (Fig. 38). Nombrar al trabajo Deformada.

Fig. 37. Mallado de la parte instada

Fig. 38 Lista de modelos disponibles

29


Hacer clic en Continue para crear el trabajo. La caja de diálogo Edit Job aparece (Fig.

39).

3. En el campo Description, escribir Ejemplo Nº1. Viga en Cantiliver.

4. De la barra de menú, seleccionar Job → Manager ó de la caja de herramienta del

módulo, hacer clic en la herramienta , al lado de , para iniciar el Job

Manager.

El Job Manager ó administrador de trabajo aparece (Fig. 40) y despliega una lista de los trabajos, el modelo asociado con cada trabajo, el tipo de análisis y el status del trabajo.

Fig. 39. Caja de dialogo Edit Job

Fig. 40. Job Manager ó administrador de trabajo

30


5. De los botones del lado derecho del Job Manager, hacer clic en Submit para someter el trabajo al análisis. Durante esta etapa, primeramente se crea el archivo de entrada (*.inp) y luego este es sometido al análisis.

Después que se somete el trabajo al análisis, la información en la columna de Status se actualiza para indicar el Status del trabajo. La columna de Status para este ejemplo podrá mostrar alguno de los siguientes mensajes:

Submitted mientras se esta generando el archivo de entrada (*.inp).

Running mientras ABAQUS analiza el modelo.

Completed cuando el análisis se ha completado, y la salida se ha escrito en

la base de datos de salida.

Aborted si ABAQUS/CAE encuentra un problema con el archivo de entrada ó en el análisis. Además, ABAQUS/CAE reporta el problema en el área de mensaje.

De aparecer este último tipo de mensaje, se deben chequear los archivos,<*>.dat,

<*>.inp, <*>.msg, con la finalidad de encontrar la fuente que causa el problema, corregirla y después someter el modelo nuevamente al análisis.

6. Cuando el trabajo se completa exitosamente, esta listo para ver los resultados del

análisis con el uso del módulo Visualization (de visualización). De los botones del lado derecho del Job Manager, hacer clic en Result.

ABAQUS/CAE carga el módulo Visualization, abre la base de datos de salida creada por el trabajo, y muestra una representación grafica del modelo.

7. VISUALIZANDO LOS RESULTADOS DEL ANÁLISIS

Se usa el módulo Visualization para leer la base de datos de salida que ABAQUS/CAE genera durante el análisis y para ver los resultados del mismo. En este ejemplo, al ser nombrado al trabajo como “Deformada”, cuando este es creado; ABAQUS/CAE nombra a la base de datos de salida como Deformada.odb. Cuando se abre una base de datos de salida, ABAQUS/CAE inmediatamente despliega, en pantalla, una rápida representación del modelo que es similar a un dibujo de la viga sin deformación. Para este ejemplo, se visualizara, la deformada y el contorno de esfuerzos de Von Mises. Para visualizar los resultados del análisis:

1. Luego de hacer clic en Result, ABAQUS/CAE carga el módulo Visualization, abre el archivo Deformada.odb, y muestra un rápido ploteo del modelo, tal como se muestra en la Fig. 41.

31


Además, en la Fig. 41 aparece un bloque de titulo que indica lo siguiente:

o Descripción del trabajo, o La base de datos de salida desde la cual ABAQUS/CAE lee la data, o La versión del ABAQUS/Standard ó ABAQUS/Explicit que fue usada para

generar la base de datos de salida, y o La fecha en que la base de datos de salida fue generada.

Y un bloque de estado que indica:

o El nombre del paso y la descripción del mismo, o El incremento dentro del paso, o El tiempo del paso, y o Cuando se esta visualizando una forma deformada, la variable

deformada y el factor de escala de deformación. Es importante saber que por defecto u omisión ABAQUS/CAE plotea el último paso y el último marco del análisis.

2. En la barra del menú, seleccionar Plot → Undeformed Shape ó de la caja de

herramienta del módulo, hacer clic en la herramienta , para ver el modelo sin

la deformada. El cambio de color del modelo a verde indica tal hecho.

3. En la barra del menú, seleccionar Plot → Deformed Shape ó de la caja de

herramienta del módulo, hacer clic en la herramienta , para ver el modelo

deformado.

4. Hacer clic en la herramienta auto-fit . De esta manera, el ploteado completo

del modelo es reescalado para ajustarse en la ventana, tal y como se muestra en la

Fig. 44.

Fig. 41. Ploteo rápido del modelo

32


5. En la barra del menú principal, seleccionar Plot Contour ó de la caja de

herramienta del módulo, hacer clic en la herramienta , para visualizar los

esfuerzos de Von Mises, como se ve en la Fig. 45.

6. Hacer clic en el botón Contour Options, en la esquina derecha inferior del area de

aviso, para cambiar la apariencia del dibujo presentado.

El cuadro de diálogo Contour Plot Options aparece (Fig. 46). Este cuadro se puede usar, por ejemplo, para mostrar nodos y elementos etiquetados, cambiar el factor de escala de la deformación del modelo ó para ajustar los intervalos de contorno. Para cambiar las opciones generales del ploteo, tales como activar ó desactivar la leyenda, seleccionar Viewport → Viewport Anotación Options del menú de barra.

Fig. 45. Ploteo de contorno de los esfuerzos de Von Mises

Fig. 44. Ploteo de la forma deformada del

33


7. Hacer clic en Cancel para cerrar el cuadro de diálogo Contour Plot Options. 8. Para un dibujo de contorno la variable desplegada por defecto depende del proceso

de análisis; en este caso, la variable por omisión son los esfuerzos de Von Mises. En el menú de barra, seleccionar Result → Field Output para examinar las variables que están disponibles para desplegar.

ABAQUS/CAE muestra la caja de diálogo Field Output (Fig. 47); hacer clic en la lengüeta Primary Variable para seleccionar cual variable desplegar y seleccionar el invariante o componente de interés. 9. Hacer clic en Cancel para cerrar la caja de diálogo Field Output. Ahora hemos terminado con este primer ejemplo del tutorial. Los siguientes ejemplos muestran técnicas adicionales para crear y analizar un modelo.

Fig. 46. Cuadro de dialogo Contour Plot Options

Fig. 47. Caja de dialogo Field Output

34


EJEMPLO Nº 2

USANDO TECNICAS ADICIONALES PARA CREAR Y ANALIZAR UN MODELO

El siguiente ejemplo muestra el proceso de modelado a través de Abaqus/Cae; visitando cada uno de los módulos y mostrando algunas técnicas adicionales para crear y analizar un modelo. El problema consiste en el análisis y modelado de una bisagra, la cual se encuentra empotrada en uno de sus extremos.

Fig. 1 Bisagra a modelar Datos del material

Módulo de Young, E: 209 GPa


Elementos

Usar C3D8R.

Luego, se analizará la bisagra bajo la carga aplicada en unas de caras y se graficaran los esfuerzos y los desplazamientos resultantes.

0.02 m

0.02 m

0.04 m 0.04 m

0.08 m

0.04 m

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1. CREANDO LA PRIMERA MITAD DE LA BISAGRA Para comenzar este ejemplo, se crea la primera parte – mitad de la bisagra. Esta porción de la bisagra está compuesta de las siguientes características:

Un cubo (característica base).

Un ala que se extiende del cubo. El ala también incluye un agujero de gran diámetro a través del cual el pasador es insertado.

Un pequeño orificio de lubricación en una esquina del ala.

Para crear el cubo: Para crear el cubo (como la característica base), se crea un sólido, tridimensional, extruyendo la parte y etiquetándola. Para ello, se dibuja su perfil y se extruye el mismo una distancia específica para producir la característica base de la primera mitad de la bisagra. El cubo deseado es mostrado en la figura 2.

1. En la lista de módulos, presionar Part para entrar a dicho módulo.

2. De la caja de herramientas del

módulo, seleccionar para

crear una nueva parte. La caja de

diálogo Create Part aparece.

3. Nombrar a la parte Bisagra–orificio. Aceptar los siguientes opciones por

defecto:

Un cuerpo tridimensional deformable (3D/Deformable),

Una característica base por extrusión de sólido (Solid/Extrusion).

4. El campo de texto Approximate size, escribir 0.2. Presionar Continue para definir la parte.

Fig. 2. Cubo (Característica base)ubo

36


5. De la caja de herramientas de Sketcher, seleccionar la herramienta de construcción

de rectángulo .

6. Para dibujar el perfil, ubicar el cursor, sobre la cuadrícula, en el punto (-0.02, -

0.02), y presionar el botón 1 del ratón para definir la primera esquina del rectángulo. Ahora, presionar el botón 1 otra vez, pero en (0.02, 0.02) para definir la esquina opuesta.

Importante: Para completar este ejemplo satisfactoriamente, es importante que se utilice las dimensiones indicadas y no desviarse del ejemplo; de otra manera, se encontrarán dificultades para ensamblar el modelo.

7. Presionar en la ventana el botón 2 del ratón y Cancel Procedure para desactivar la

herramienta de construcción de rectángulos. Por último, presionar otra vez el botón 2 del ratón y Done para salir de Sketcher.

La caja de diálogo Edit Base Extrusion aparece.

8. En el campo de texto Depth escribir una profundidad de extrusión de 0.04 y

presionar OK.

ABAQUS/CAE sale de Sketcher y muestra la característica base, un cubo, como el de la figura 2.

2. ADICIONANDO EL ALA A LA CARACTERÍSTICA BASE Ahora se adiciona un sólido (el ala) a la característica base (el cubo). Se selecciona una cara del cubo para definir el plano de dibujo y se extruye el perfil dibujado hasta la mitad de la profundidad del cubo. El cubo y el ala son mostrados en la figura. Para adicionar el ala a la característica base:

1. De la caja de herramientas del

módulo, seleccionar .

2. Seleccionar una cara para definir el

plano de dibujo. a. Seleccionar la cara frontal del

Figura 3. Adición del ala a la característica base

37


cubo.

3. Seleccionar una arista que aparecerá vertical y en el lado derecho del dibujo, como se muestra en la figura 4.

El Sketcher se inicia y el dibujo del ala que se creará es ilustrado en la figura 5.

Fig. 5. Ala creada en el Sketcher y adicionada al cubo

4. De la caja de herramientas de Sketcher, seleccionar .

Seleccionar esta arista

Fig. 4. Selección de la arista sobre el cubocubo

38


5. Dibujar tres lados de un rectángulo, como se muestra en la figura 6. Los cuatro vértices deberán ser en (0.04, 0.02), (0.02, 0.02), (0.02, -0.02), y (0.04, -0.02).

Fig. 6. Dibujo de los tres lados del rectángulo para el ala 6. Presionar en la ventana el botón 2 del ratón y Cancel Procedure para desactivar la

herramienta de construcción de líneas conectadas. De la caja de herramientas de

Sketcher, seleccionar .

7. Para trazar el arco, hacer clic en (0.04, 0.00) como centro, y en los vértices (0.04, 0.02) y (0.04, -0.02). ABAQUS/CAE dibuja el arco en dirección de las agujas del reloj desde el primer vértice al segundo. El arco resultante es mostrado en la figura 7.

Fig. 7. Dibujo del arco del ala

39


Presionar en la ventana el botón 2 del ratón y Cancel Procedure para desactivar la herramienta de construcción de arco.

8. De la caja de herramientas de Sketcher, seleccionar . Presionar en (0.04,

0.00) para ubicar el centro del círculo; hacer clic en (0.05, 0.00) para definir el

mismo. Presionar en la ventana el botón 2 del ratón y Cancel Procedure para

desactivar la herramienta de construcción de círculo.

9. De las herramientas de dimensión en la caja de herramientas del Sketcher,

seleccionar la herramienta de acotamiento radial .

La misma se localiza entre los iconos adicionales u ocultos en la también

herramienta de dimensión .

10. Seleccionar el círculo para dimensionar.

ABAQUS/CAE resalta las selecciones válidas cuando se mueve el cursor alrededor del dibujo; el círculo y el arco son las únicas selecciones válidas en el actual dibujo.

11. Posicionar el texto de la dimensión y presionar el botón 1 del ratón aceptando la

ubicación. Se puede ubicar el texto de la dimensión en cualquier ubicación conveniente en el dibujo, aunque no se puede después mover el texto de donde se ha posicionado

12. Presionar en la ventana el botón 2 del ratón y Done para salir del Sketcher. Aparece

la caja de diálogo Edit Extrusion.

13. En la caja Edit extrusión:

a. En Type de End Condition, activar Blind para indicar que se introducirán la profundidad de la extrusión.

b. En la campo de texto Depth escribir una

profundidad de extrusión de 0.02.

c. Presionar Flip para establecer la dirección de extrusión dentro del cubo. Presiona OK cuando la flecha indica la

Fig. 8. Dibujo del arco del ala

40


dirección de extrusión deseada, como se muestra en la figura 8.

3. MODIFICANDO UNA CARACTERÍSTICA Cada parte esta definida por un conjunto de características, y cada característica es definida por una serie de parámetros. Por ejemplo, la característica base (el cubo) y la segunda característica (el ala) ambas son definidas por un Sketch y una profundidad de extrusión. Una parte se puede alterar, modificando los parámetros que definen sus características, utilizando el conjunto de herramientas de manipulación de característica (Feature Manipulation). Para este ejemplo se cambiará el radio del orificio en el Sketch del ala de 0.010 m a 0.012 m. Para modificar una característica:

1. De caja de herramientas del módulo, seleccionar (al lado de ); o de la

barra de menú principal, Feature → Manager.

ABAQUS/CAE despliega el cuadro de diálogo Feature Manager (administrador de característica). En él se muestra una la lista de las características generadas en la creación de la primera mitad de la bisagra. Obsérvese el nombre y el status de cada característica. En este ejemplo se ha creado dos características de sólidos extruidos: la característica base (el cubo), cuyo nombre es Solid extrude-1, y el ala, cuyo nombre es Solid extrude-2. Cuando se selecciona una característica desde el cuadro de diálogo Feature Manager, ABAQUS/CAE resalta la característica seleccionada en la ventana.

2. Del cuadro de diálogo de Feature Manager, seleccionar el ala (Solid extrude-2) y presionar Edit que aparece al lado izquierdo del cuadro.

Obsérvese que al seleccionar Solid extrude-2 en el Feature Manager, ABAQUS/CAE resalta dicha característica.

Nota: En lugar de usar el feature manager para seleccionar la característica a editar, ésta también se podría seleccionar

Fig. 9. Selección de la parte Ala para extruir.

41


directamente desde la ventana ó viewport.

ABAQUS/CAE despliega la caja de diálogo Edit Feature (editor de característica). Para un sólido extruido se puede cambiar la profundidad de extrusión, y se puede editar el Sketch del perfil.

Fig. 10. Cuadro de diálogo Edit Feature.

3. De la caja de diálogo Edit Feature, hacer clic en Edit Section Sketch. ABAQUS/CAE muestra el Sketch de la segunda característica, y la caja desaparece.

4. De la caja de herramientas del Sketcher, seleccionar y la dimensión radial del

círculo R 0.010 (Para la selección de la dimensión se hace clic sobre ella).

5. En el área de aviso, escribir una nueva dimensión del radio de circulo de 0.012 y

presionar [Enter]. ABAQUS/CAE cambia el radio del círculo en el Sketch solamente.

Fig. 11. Nuevo diámetro del orificio interno del ala.

42


Punto datum que indica el centro del orificio de lubricación

6. Presionar en la ventana el botón 2 del ratón y Cancel Procedure para desactivar la herramienta de edición del valor de una dimensión.

7. En el área de aviso ó a través del botón 2 del ratón, hacer clic en Done para aceptar

la edición del Sketch. ABAQUS/CAE otra vez muestra la caja de diálogo Edit Feature.

8. Presionar OK para regenerar el ala con el radio modificado y salir del editor de características. Nótese que el orificio del ala es agrandado a la nueva dimensión del radio.

9. Hacer clic en Dismiss para salir del Feature Manager.

Nota: Para realizar una modificación a través de la edición de una dimensión, tal y como se hizo anteriormente, es indispensable tener acotada la dimensión. Es de acotar que este es el forma más sencilla de cambiar características en una parte. Nota: En algunas circunstancias regenerar una característica causa que características dependientes fallen. En tal caso ABAQUS/CAE pregunta si se quieren guardar los cambios y suprimir las características que fallan para regenerasen, o si se quiere volver a la característica no modificada y perder los cambios. 4. CREANDO EL PLANO DEL SKECTH El ala incluye un pequeño orificio usado para lubricación, como se muestra en la figura 12. Para crear el orificio en la posición deseada se requiere un plano datum apropiado sobre el cual dibujar el perfil del corte extruido, como se muestra en la figura 13. Se dibuja un circulo sobre el plano datum, el cual es tangente al ala, y ABAQUS/CAE extruye el círculo normal al plano datum y normal al ala para crear el orificio de lubricación.

Fig. 12. Orificio de lubricación sobre el ala. Hay tres operaciones involucradas en la creación del plano datum:

Crear un punto datum en la circunferencia del ala.

43


Crear un eje datum entre dos puntos.

Crear un plano datum a través del punto datum en la circunferencia y normal al eje datum.

Fig. 13. Plano datum sobre el cual se creara el orificio de lubricación.

Para crear el plano del Sketch:

1. De la barra del menú principal, seleccionar Tools → Datum. ABAQUS/CAE muestra la caja de diálogo Create Datum.

2. Crear un punto datum a lo largo del borde curveado del ala sobre el cual el plano

pasara. De la caja de diálogo Create Datum, elegir Point como el tipo y de la lista de métodos, seleccionar Enter Parameter. Hacer clic en Apply.

Nota: Cuál es la diferencia entre los botones OK y Apply? Cuando se presiona OK, la caja de diálogo Create Datum cierra antes de crear el datum. Cuando se presiona Apply, la caja de diálogo Create Datum permanece abierta mientras se crea el datum y está disponible para crear un próximo datum.

3. Seleccionar el borde curveado, como se muestra en la figura 14. Nótese la dirección

de la flecha que indica un parámetro de aumento del borde desde 0.0 a 1.0.

Fig. 14. Selección del borde curveado del ala.

Plano datum

Eje datum

Punto datum

44


4. En el área de aviso, introducir un parámetro de borde normalizado de 0.75,

( ) y presionar [Enter].

ABAQUS/CAE crea un punto datum a lo largo del borde seleccionado.

5. Crear un eje datum que definirá la normal al plano datum. De la caja de diálogo

Create Datum, seleccionar Axis en el tipo y el método de 2 point. Hacer clic en Apply. ABAQUS/CAE resalta los puntos que pueden ser usados para crear el eje datum.

6. Seleccionar el punto en el centro del orificio (creado cuando fue dibujado el perfil del orificio) y el punto datum generado en el borde curveado.

ABAQUS/CAE muestra un eje datum pasando a través de dos puntos, como se muestra en la figura 15.

Fig. 15. Eje datum que pasa a través de dos puntos.

7. El paso final es crear el plano datum normal al eje datum creado. De la caja de diálogo Create Datum, seleccionar Plane en tipo y el método Point and normal. Hacer clic en Apply. Seleccionar el punto datum en el borde curveado como el punto a través del cual el plano datum pasará.

8. Seleccionar el eje datum como el eje (ó la línea recta) que será normal al plano

datum.

ABAQUS/CAE crea el plano datum, como lo muestra la figura 16.

45


seleccionar este borde

9. Presionar Cancel para cerrar la caja de diálogo Create Datum.

Fig. 16. Plano datum sobre el cual se creara el orificio de lubricación. 5. DIBUJANDO EL ORIFICIO DE LUBRICACIÓN

El siguiente paso es crear el orificio de lubricación en el ala, extruyendo un círculo del plano datum que se acaba de crear. Primero, se necesita crear un punto datum en el ala que indica el centro del orificio, como se ilustra en la figura 13. Para crear el punto datum como centro del orificio de lubricación:

1. De la barra del menú principal, seleccionar Tools → Datum. ABAQUS/CAE muestra la caja de diálogo Create Datum.

2. Crear un punto datum a lo largo del segundo borde curveado del ala. De la caja de diálogo Create Datum, elegir a Point como el tipo y a Enter parameter como el método. Hacer clic en Apply.

3. Seleccionar el segundo

borde curveado del ala, como se muestra en la figura 17.

Fig. 17. Selección del segundo borde del ala.

46


4. En el área de aviso, introducir el parámetro normalizado de borde de 0.75 y presionar [Enter]. ABAQUS/CAE crea un punto datum a lo largo del borde seleccionado.

5. De la lista de métodos, seleccionar Midway between 2 points, y hacer clic en

Apply. 6. Seleccionar el punto datum creado a lo largo del primer borde curveado.

7. Seleccionar el punto datum creado a lo largo del segundo borde curveado.

ABAQUS/CAE crea un punto datum en la mitad a través del ala. El punto datum es una característica que ABAQUS/CAE define para ser situado en medio de los puntos datum a lo largo de los bordes del ala. Consecuentemente, si se cambia el espesor del ala, el orificio de lubricación permanece en el centro.

8. Presionar Cancel para cerrar la caja de diálogo Create Datum.

Para dibujar el orificio de lubricación:

1. De la barra del menú principal, seleccionar Shape → Cut → Extrude ó de la caja

de herramientas .

2. Hacer clic en el contorno del plano datum para seleccionarlo como el plano sobre el

cual se dibujara el orificio.

3. Seleccionar el borde superior posterior del cubo como el borde que aparecerá vertical y en el lado derecho del dibujo, como se muestra en la figura 18.

Fig. 18. Selección del borde superior.

seleccionar este borde

47


El Sketcher ó dibujador se inicia con los vértices, datums, y bordes de la parte proyectada dentro del plano del dibujo como geometría de referencia (figura 19).

Fig. 19. Geometría de referencia en el Sketcher.

Tip: Si se está inseguro de la orientación relativa del plano de dibujo y la parte,

se utilizan las herramientas de manipulación de vista para rotarlas, acercarlas o

alejarlas. Se utiliza la herramienta de manipulación de la vista cíclica para

restaurar la vista original.

4. De la caja de herramientas de Sketcher, seleccionar . 5. Seleccionar el punto datum en el centro del ala (centro del orificio de lubricación)

para indicar el centro del círculo.

6. Mover el cursor a (-0.010, 0.010), y presionar el botón 1 del ratón.

7. Crear una dimensión indicando el radio del orificio. De las herramientas de

dimensión en la caja de herramientas del Sketcher, seleccionar la herramienta de

acotamiento radial .

El radio del círculo generado es de aproximadamente 0.020 m y debe ser cambiado a 0.003 m.

8. De las herramientas de edición en la caja de herramientas de Sketcher, seleccionar

la herramienta para editar el valor de dimensión .

48


9. Seleccionar la dimensión radial del círculo R 0.020 (Para la selección de la dimensión se hace clic sobre ella). En el campo de texto que aparece en el área de aviso, escribir un nuevo radio de 0.003, y presionar [Enter].

El radio del círculo cambia.

10. Presionar el botón 2 del ratón y Cancel procedure para salir de la herramienta de edición del valor de dimensión y con ello indicar que se ha terminado de dibujar.

11. En el área de aviso ó a través del botón 2 del ratón, hacer clic en Done para aceptar el dibujo de la sección para el corte extruido y salir del Sketcher. ABAQUS/CAE muestra la caja de diálogo Edit Cut Extrusion y una vista isométrica de la parte.

12. En la caja Edit Cut Extrusion:

a. En Type de End Condition, activar Up to Face para definir la distancia de extrusión. Obsérvese que el campo de texto Depth esta desactivado.

b. Presionar Flip para establecer la dirección de extrusión dentro del ala. Presiona OK cuando la flecha indica la dirección de extrusión deseada, como se muestra en la figura 20.

Fig. 20. Dirección de la extrusión.

13. Seleccionar la superficie interna cilíndrica del orificio en la parte para indicar la cara en la cual se va a extruir, como se ilustra en la figura 21.

49


Fig. 21. Selección de la superficie interna cilíndrica.

ABAQUS/CAE inmediatamente extruye el dibujo desde el plano datum al orificio en el ala. Para seleccionar dicha superficie se puede hacer uso de las herramientas de vistas (pan, rotate, magnify, etc). Queda a criterio del usuario la utilización de las mismas.

Nota: Cada vez que no se seleccione la superficie ó cara adecuada hasta la cual extruir, en la ventana aparecerá un mensaje de advertencia. Oprimir Dismiss e intentar volver seleccionar la cara requerida.

14. De la barra de herramientas, seleccionar la herramienta de exhibición

sombreada, y utilizar la herramienta de rotación para ver como la parte y sus

componentes están orientados, como se muestra en la figura 22. (Por claridad, la

geometría datum (planos, puntos y ejes) ha sido removida de la vista en la figura

seleccionando en el menú de barra principal View → Part Display Options →

Datum)

Tip: Después de rotar la parte, se puede utilizar la herramienta de la vista

cíclica para pasar por los pasos previos (hasta un máximo de ocho) y restaurar la

vista original.

Seleccionar esta superficie

50


Fig. 22. Vista de la parte sin la geometría datum. 6. ASIGNANDO LAS PROPIEDADES DE LA SECCIÓN A LA PRIMER MITAD

DE LA BISAGRA El proceso de asignación de propiedades a una parte es dividido en tres tareas:

Creando un material.

Creando una sección que incluye una referencia al material.

Asignando la sección a la parte o una región de la parte.

Se usará el módulo Property para realizar todas éstas tareas.

Para crear un material: Se creará un material llamado Acero que tiene un módulo de Young de 209 GPa y un coeficiente de Poisson de 0.3.

1. En la lista de módulos localizada bajo la caja de herramientas, presionar Property para introducirse al módulo de propiedades.

2. De la caja de herramientas del módulo, seleccionar para crear un nuevo

material. La caja de diálogo Edit Material aparece.

3. En el Edit Material ó editor de material:

a. Nombrar al material Acero. b. De la barra del menú del editor de material (que aparece en la parte inferior del

área de Material Options), seleccionar Mechanic Elasticity Elastic.

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ABAQUS/CAE despliega la tabla para los datos elásticos. c. Escribir el valor correspondiente al módulo de elasticidad, E de 209.0x103, y el

correspondiente al coeficiente de Poisson,ν de 0.30, en sus respectivos campos.

d. Presionar OK para salir del editor de material.

Para definir la sección: Luego, se creará una sección que incluye una referencia al material Acero.

1. De la caja de herramientas del módulo, seleccionar .

La caja de diálogo Create Section aparece.

2. En la caja de diálogo Create Section: a. Nombrar la sección: SeccionSolido. b. En la lista Category aceptar Solid como la selección de categoría por omisión. c. En la lista Type aceptar Homogeneous como la selección de tipo por omisión. y

se presiona Continue.

El editor de sección aparece.

3. En el editor: a. Aceptar Acero como material a asociar a la selección. b. Aceptar el valor por omisión para Plane stress/strain thickness. c. Hacer clic sobre OK.

Para asignar la sección a la parte abrazadera: Se usaran las herramientas ó el menú de asignación del módulo de propiedades para asignar la sección SeccionSolido a la primera mitad de la bisagra.


2. Arrastrar un rectángulo alrededor de la mitad de bisagra para seleccionar toda la parte.

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ABAQUS/CAE resalta todas las regiones de la parte.

3. En el área de aviso ó a través del botón 2 del ratón, hacer clic en Done para aceptar la geometría seleccionada.

La caja de diálogo Assign Section aparece conteniendo una lista de las secciones existentes. SeccionSolido es seleccionada por omisión ya que no hay otras secciones definidas.

4. En la caja de diálogo Assign Section, aceptar la selección por omisión de

SeccionSolido, y presionar OK.

ABAQUS/CAE asigna la sección a la parte.

7. CREANDO Y MODIFICANDO UNA SEGUNDA PIEZA DE LA BISAGRA

El modelo contiene una segunda pieza similar a la primera excepto que el orificio de lubricación no está presente. Se creará una copia de la primera pieza de la bisagra y se eliminaran los componentes ó características que forman el orificio de lubricación. Para copiar la primera pieza de la bisagra:

Primero se creará una copia exacta de la primera pieza de la bisagra.

1. Retornar al módulo Part.

2. Del menú principal, seleccionar Part → Copy → Bisagra-orificio.

ABAQUS/CAE muestra la caja de diálogo Copy Part.

3. En la campo de texto de Copy Part, escribir Bisagra-solida, y presionar OK.

Dejar las opciones de copia (Copy options) por omisión. ABAQUS/CAE crea una copia de la primera pieza y la nombra Bisagra-solida.

Para modificar la copia de la bisagra:

Se creará una pieza sólida de la bisagra (sin el orificio de lubricación) seleccionando y eliminando una de las componentes de la cual depende la característica del orificio de lubricación. Para este ejemplo, la característica a seleccionar será el punto datum en el ala que se muestra en la figura 23.

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Punto datum a seleccionar

Fig. 23. Selección del punto datum.

1. Chequear que la parte a modificar este activada. Al copiar una parte, ABAQUS/CAE automáticamente muestra en la ventana la parte copiada. Esto se verifica observando Part en la barra de contexto (localizada bajo la barra de herramientas), el nombre de la parte que esta siendo mostrada.

En caso de no estar activada la parte a modificar, está se selecciona siguiendo el mismo procedimiento para acceder a los módulos:

2. De la caja de herramientas del módulo, seleccionar (al lado de ).

ABAQUS/CAE despliega el cuadro de diálogo Feature Manager.

3. Cuando se elimina una característica seleccionada, ABAQUS/CAE pregunta si se

quiere también eliminar cualquier componente que depende de la característica que va ha ser borrada. La característica que está siendo eliminada es llamada la característica “parent”, y sus características dependientes son llamadas “children”. ABAQUS/CAE resalta todas las características que serán eliminadas si la característica parent es seleccionada. De los botones en el área de aviso, presionar Yes para eliminar la característica parent y todos sus children.

Del cuadro de diálogo de Feature Manager, seleccionar Datum pt-1. Obsérvese que al seleccionar la componente Datum pt-1, que es una de las características de la cual depende el orificio de lubricación, ABAQUS/CAE la resalta.

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4. Presionar Delete que aparece al lado derecho del cuadro. Al presionar Delete las características asociadas al punto datum se resaltan tanto en el cuadro de diálogo como en el dibujo, tal y como se muestra la figura 24. Hacer clic en Yes, para aceptar la eliminación de la característica parent seleccionada y las asociadas a ella.

Fig. 24. Selección de las características asociadas al punto datum.

ABAQUS/CAE elimina el punto datum, el eje datum, el plano datum, y el orificio de lubricación.

Importante: No se pueden recobrar características eliminadas; sin embargo, se puede remover temporalmente una característica suprimiéndola utilizando la serie de herramientas Feature Manipulation.

A la pieza se le puede eliminar el orificio de lubricación directamente seleccionando en el cuadro de diálogo de Feature Manager, Cut extrude-1. Obsérvese que al seleccionar la componente Cut extrude-1, que es la característica del orificio de lubricación, ABAQUS/CAE resalta dicha característica. Nota: Otra forma de modificar una parte es seleccionando una de las características

asociadas a la parte, eligiendo de la barra de menú principal Feature → Delete ó de la caja

de herramienta del módulo el icono , seleccionando la característica

directamente desde la ventana. (ABAQUS/CAE resalta dicha característica ó las

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dependientes de ella) y aceptar el borrado de la(s) característica(s) haciendo clic en Yes en

el área de aviso ó a través del botón 2 del ratón. Presionar en la ventana el botón 2 del ratón

y Cancel Procedure. ABAQUS/CAE solo permite borrar una característica a la vez.

8. CREANDO EL PASADOR Ó PERNO

El ensamblaje final consiste de instar las dos piezas de la bisagra que son libres para rotar sobre un pasador ó perno. Se modelará el pasador como una superficie rígida tridimensional, analíticamente girada, a través del módulo Part. Para crear el pasador:

1. De la caja de herramientas del módulo, seleccionar para crear una nueva parte. La caja de diálogo Create Part aparece.

2. Nombrar a la parte Pasador. Elegir 3D (un cuerpo tridimensional) en Model

Spacing como antes, pero ahora, cambiar en Type a Analytical Rigid y la geometría (Base feature ) a Revolved shell.

3. En Approximate size colocar un valor de 0.2, y presionar Continue.

El Sketcher se inicia y muestra el eje de revolución como una línea púrpura discontinua; el dibujo no puede cruzar este eje.

4. De la caja de herramientas de Sketcher, seleccionar herramienta para líneas

conectadas. Dibujar una línea a la derecha del eje desde (0.012, 0.030) hasta

(0.012, -0.030). El dibujo y la parte resultante sombreada son mostradas en la

figura 25.

Fig. 25. Creación del dibujo y de la parte resultante (Pasador).

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ABAQUS/CAE muestra la superficie girada, analíticamente rígida. Nótese que los bordes del contorno “Silhouette” aparecen en gris indicando la cara curveada del pasador. 9. ASIGNANDO EL PUNTO DE REFERENCIA DE CUERPO RÍGIDO

Se necesita asignar un punto de referencia de cuerpo rígido al pasador ya que por medio de él se aplican movimientos ó restricciones a toda la superficie rígida. Se puede seleccionar cualquier punto de referencia de la parte en la ventana, ó se puede introducir sus coordenadas. Para este ejemplo, se seleccionará el punto de referencia de la ventana, que se muestra en la figura 26.

Fig. 26. Asignación del punto de referencia “PR” al pasador. Para asignar el punto de referencia:

1. Dentro del módulo Part, de la barra del menú principal, seleccionar Tools → Reference Point...

2. Seleccionar, a través de la ventana (haciendo clic en él), el punto a actuar como un

punto de referencia. En esta oportunidad, escoger uno de los vértices en la circunferencia del pasador.

ABAQUS/CAE etiqueta el vértice como RP, para indicar que el punto de referencia le ha sido asignado. 10. ENSAMBLAJE DEL MODELO Se usa el módulo Assembly para crear instancias de las partes. Una instancia de la parte puede ser como una representación de la parte original; una instancia no es una copia de la parte. Una instancia mantiene su asociación con la parte original, si la geometría de una parte cambia, ABAQUS/CAE automáticamente actualiza todas las instancias de la parte para reflejar esos cambios. No se puede editar la geometría de una parte directamente. El

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ensamblaje puede contener múltiples instancias de una única parte; por ejemplo, un remache que se usa repetidamente en el ensamblaje de una hoja metálica. Cuando se crea una instancia de la parte, ABAQUS/CAE la ubica de manera que el origen del dibujo que define a la característica base se superponga al origen de coordenadas del ensamblaje. Cuando se crea la primera instancia de la parte, el módulo Assembly despliega un gráfico indicando el origen y la orientación del sistema de coordenadas globales. Este gráfico puede ser usado para ayudar a ubicar una instancia dentro del sistema coordenado global. Para este ejemplo, se dejará fija la primera mitad de la bisagra con el orificio de lubricación y se moverá la segunda mitad de la bisagra y el pasador en relación a la primera mitad de la bisagra. Para crear la instancia de las partes, primero se requiere:

• Una instancia de la mitad de bisagra con el orificio de lubricación –Bisagra-orificio.

• Una instancia de la otra mitad de bisagra sin el orificio de lubricación (removido) –

Bisagra-solida.

• Una instancia del pasador --Pasador. Crear la instancia para la mitad de la bisagra con el agujero de lubricación:

1. En la lista de módulos, pulsar Assembly para entrar al módulo de ensamblaje.

2. En la caja de herramientas del módulo, seleccionar para crear una instancia de una parte. Aparece un cuadro de diálogo Create Instance que contiene una lista de todas las partes del modelo actual, las dos mitades de la bisagra y el pasador.

3. En el cuadro de diálogo, seleccionar Bisagra-orificio. ABAQUS/CAE

inmediatamente despliega una imagen temporal de la parte seleccionada.

4. En el cuadro de diálogo, presionar Apply. ABAQUS/CAE crea una instancia de la primera mitad de bisagra y despliega un gráfico indicando el origen y la orientación del sistema de coordenadas globales. Crear la instancia para la mitad de la bisagra sin orificio de lubricación:

1. En el cuadro de diálogo Create Instance, se

activa la opción Auto-offset from other instances. La función Auto-offset evita que la nueva instancia se solape con la instancia existente.

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2. En el cuadro de diálogo, seleccionar Bisagra-solida y presionar OK. ABAQUS/CAE cierra el cuadro de diálogo, crea la nueva instancia, y separa las dos instancias en la dirección del eje X, como se muestra en la figura 27. (Los datums han sido removidos para tener una mejor vista).

Fig. 27. Vista de las dos instancias creadas.

ABAQUS/CAE le asigna el nombre Bisagra-solida-1 a la instancia creada.

Ubicación de la mitad de bisagra sin orificio de lubricación: Además de los procedimientos sencillos de translación y rotación, el módulo Assembly proporciona un conjunto de herramientas que permiten ubicar una instancia seleccionada definiendo relaciones entre caras y bordes seleccionados, las condiciones de posicionamiento son las siguientes:

Parallel Face La instancia móvil se mueve hasta que las dos caras seleccionadas estén paralelas.

Face to Face

La instancia móvil se mueve hasta que las dos caras seleccionadas estén paralelas y a una separación definida entre ellas.

Parallel Edge

La instancia móvil se mueve hasta que los dos bordes seleccionados estén paralelos.

Edge to Edge La instancia móvil se mueve hasta que los dos bordes seleccionados estén colineales ó a una distancia el uno del otro.

Coaxial

La instancia móvil se mueve hasta que las dos caras seleccionadas estén coaxiales.

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Contact La instancia móvil se mueve en la dirección de un vector seleccionado hasta que las dos caras seleccionadas estén dentro de la distancia que sea establecida entre ellas.

ABAQUS/CAE guarda las posiciones que se asignan como características del ensamblaje, y pueden ser editadas, borrada y suprimidas. Por el contrario, las translaciones y las rotaciones no son almacenadas y no aparecen en la lista de características. En este ejemplo se moverá la mitad de bisagra que no tiene el orificio de lubricación mientras que la que tiene el orificio de lubricación permanecerá fija. Se realizarán tres tipos de movimientos para posicionar las dos bisagras correctamente.

1. Primero, mover la mitad de la bisagra sin orificio de manera que las caras de las dos

alas se ubiquen una de frente a la otra. En la barra del menú principal, seleccionar

Constraint → Face to Face ó de la caja de herramientas del módulo,

escoger bajo la herramienta .

2. Seleccionar la cara de la mitad de bisagra (The movable instance) mostrada en la figura 27.

Fig. 27. Selección de la cara de la mitad de la bisagra sin orificio de lubricación.

3. Seleccionar la cara de la mitad de bisagra con el orificio de lubricación (The fixed instance) que se muestra en la figura 28.

Fig. 28. Selección de la cara de la mitad de la bisagra con orificio de lubricación.

Seleccionar esta cara

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ABAQUS/CAE despliega flechas rojas en las caras seleccionadas; la instancia móvil será ubicada de manera que las flechas apunten en la misma dirección. De ser necesario se puede cambiar la dirección de la flecha en la instancia móvil.

4. En el área del aviso, hacer clic en Flip para cambiar la dirección de la flecha.

Presionar OK cuando las flechas se apunten una a la otra. 5. En el cuadro de texto que aparece en el área del aviso, escribir la separación de

0.04 que permanecerá entre las dos partes, medida a lo largo de la normal de la cara seleccionada de la parte fija. Presionar [Enter]. ABAQUS/CAE rota la mitad de bisagra sin agujero de manera que las dos caras seleccionadas queden paralelas y separadas 0.04 metros, como se muestra en la figura 29. Las dos piezas se solapan ya que la posición de la mitad de bisagra sin orificio no queda completamente definida con este procedimiento.

Fig. 29. Nuevo posicionamiento de las partes.

6. A continuación, se deben alinear los dos orificios de las dos alas. En la barra del

menú principal, seleccionar Constraint → Coaxial ó de la caja de herramientas del

módulo, escoger bajo la herramienta .

7. Seleccionar el orificio del ala de la mitad de bisagra sin orificio de lubricación, como se muestra en la figura 30. (Es recomendable desplegar la vista sin sombra, Rendel Model: Wireframe, de las dos piezas).

Fig. 30. Selección del orificio del ala de la mitad de la bisagra sin orificio de lubricación.


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8. Seleccionar el orificio del ala de la bisagra con orificio de lubricación, como se muestra en figura 31.

Fig. 31. Selección del orificio del ala de la mitad de la bisagra con orificio de lubricación.

ABAQUS/CAE despliega flechas rojas en cada cara seleccionada.

9. En el área de aviso, presionar Flip para cambiar la dirección de la flecha (en la

instancia móvil ó en la parte mitad de bisagra sin orificio de lubricación). Presionar OK cuando la flecha apunte hacia abajo. ABAQUS/CAE ubica las dos piezas de manera que los dos orificios de las alas queden coaxiales.

10. Usar la herramienta de rotar para obtener una vista de la parte superior de las

dos piezas. Note que las dos alas están solapadas como se muestra en la figura 32.

Fig. 32. Vista superior de las piezas solapadas.

11. Finalmente, eliminar el solape entre las dos alas. En la barra del menú principal,

seleccionar Constraint → Edge to Edge ó de la caja de herramientas del módulo,

elegir bajo la herramienta .

12. Seleccionar el borde recto de la mitad de bisagra sin orificio de lubricación que se

muestra en la figura 33.


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Fig. 33. Selección del borde recto de la mitad de bisagra sin orificio de lubricación.

13. Seleccionar el correspondiente borde de la mitad de bisagra con agujero de lubricación que se muestra en la figura 34.

Fig. 34. Selección del borde recto de la mitad de bisagra con orificio de lubricación.

ABAQUS/CAE despliega flechas rojas sobre cada cara seleccionada.

14. Las flechas apuntan, por defecto, en la misma dirección. Presionar OK para aplicar

la imposición. ABAQUS/CAE ubica las dos piezas de manera que los dos bordes seleccionados esten colineales, como se muestra en la figura 35.

Fig. 35. Posicionamiento correcto de las partes.

Seleccionar este borde

Seleccionar este borde

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Creación y ubicación de la instancia del pasador: Ahora se creará la instancia del pasador y se ubicará de manera simétrica dentro de los orificios usando imposiciones y vectores de traslación. Para definir el vector de traslación, se puede seleccionar vértices desde el ensamblaje ó se puede ingresar las coordenadas. El vector de traslación se puede determinar usando la herramienta Query.

1. En caja de herramientas del módulo, seleccionar .

2. En el cuadro de diálogo Create Instante que aparece, activar la opción Auto-offset

from other instances y crear la instancia Pasador (seleccionarla en el cuadro y presionar OK).

3. Imponer el pasador extendiéndolo a lo largo del mismo eje de los orificios de las

alas. Usar la opción Constraint → Coaxial de la misma manera como se hizo para alinear los dos orificios de las alas en la sección previa. (Se puede seleccionar cualquiera de los dos orificios de las alas como las superficies cilíndricas de la instancia fija, y la dirección de las flechas no es importante, en este caso).

ABAQUS/CAE colocará el pasador como se muestra en la figura 36.

Fig. 36. Colocación del pasador dentro del orificio del ala.

4. En el menú de barra principal, seleccionar Tools → Query…

Aparece el cuadro de diálogo Query.

5. Seleccionar Distance de la lista General Queries, y presionar OK. 6. La opción Distance permite medir las componentes X-, Y-, y Z- del vector,

conectando dos puntos seleccionados. Se necesita determinar la distancia entre el extremo del pasador y la mitad de bisagra que contiene el orificio de lubricación; los dos puntos a seleccionar son ilustrados en la figura 37.

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Fig. 37. Selección del punto ubicado sobre el pasador y sobre el ala.

a. Para definir un extremo del vector, seleccionar un punto sobre la circunferencia del orificio en el ala que contiene el orificio de lubricación.

b. Para definir el otro extremo del vector, seleccionar el vértice sobre el pasador

que está dentro de la mitad de bisagra que contiene el orificio de lubricación.

ABAQUS/CAE despliega la distancia del vector entre los dos puntos seleccionados junto con las componentes X-, Y-, y Z- del vector en el área de mensajes. Se trasladará el pasador a lo largo del eje Z-; la distancia de la componente Z- es 0.01 metros. Para colocar el pasador simétricamente entre las dos mitades de bisagra, se trasladará 0.02 metros.

Presionar el botón 2 del ratón y Cancel procedure para salir de la herramienta de Distance y con ello indicar que se ha terminado de determinar la distancia.

7. En la barra de menú principal, seleccionar Instance → Translate ó de la caja de

herramientas del módulo, el icono .

8. Seleccionar el pasador como la parte instada a mover, y hacer clic en Done, en el

área de aviso ó a través del botón 2 del ratón, para indicar que se ha finalizado la selección de dicha parte.

Seleccionar este punto sobre el extremo del pasador

Seleccionar este punto sobre la circunferencia del orificio del ala

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9. ABAQUS/CAE da un mensaje señalando que esta traslación puede hacer perder la posición coaxial que se había aplicado antes.

Presionar Yes para continuar, ya que la traslación sola en la dirección Z- no afectará la ubicación coaxial previa.

10. En el cuadro de texto en el área del aviso, introducir un punto de inicio para el vector de traslación de 0,0,0 y presionar [Enter]. Luego, introducir el punto final de 0,0,0.02 y presionar [Enter]. ABAQUS/CAE traslada el pasador una distancia de 0.02 a lo largo del eje Z- y despliega una imagen temporal de la nueva posición del pasador.

Nota: Si la posición de la imagen temporal (en color rojo) no es la correcta, se puede

usar los botones del área del aviso para corregir el problema. Se puede presionar el

botón Cancel Procedure si se quiere para anular el procedimiento ó el botón Go

Back to Previous Step si se desea para retroceder a través del procedimiento.

11. En el área del aviso, presionar OK para aceptar la posición final de la instancia. El

ensamblaje definitivo se muestra en la figura 38.

Fig. 38. Diseño final de la bisagra.

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11. DEFINIENDO LOS PASOS DEL ANÁLISIS

Antes de aplicar las cargas, las condiciones de borde, ó definir el contacto en el modelo, se debe fijar los diferentes pasos en el análisis. Una vez que los pasos son creados, se puede especificar en cuales pasos de carga, condiciones de borde e interacciones deberán ser aplicados. Cuando se crea un paso, ABAQUS/CAE escoge un conjunto de salidas de variables por defecto correspondientes al procedimiento del análisis. En este ejemplo se editarán la frecuencia de las salidas por defecto para el primer paso y la lista de variables de salida por defecto para el segundo paso. Creando los pasos del análisis: El análisis consiste de un paso inicial y dos pasos generales de análisis: En el paso inicial se aplicaran las condiciones de borde a las regiones del modelo y se definirá el contacto entre las regiones del mismo. En el primer paso general de análisis será establecido el contacto. En el segundo paso general de análisis se modificarán dos de las condiciones de borde y será aplicada una presión sobre una las mitades del modelo. ABAQUS/CAE crea el paso inicial por defecto, pero el usuario debe crear los otros dos pasos de análisis.

1. En la lista de módulos, presionar en Step para entrar a dicho módulo. .

2. En la barra del menú principal, seleccionar Step → Manager. ABAQUS/CAE despliega el manager ó administrador de pasos Step Manager. El paso inicial creado por defecto aparece en la lista del cuadro de diálogo.

3. En la esquina inferior izquierda del Step Manager, hacer clic sobre Create para

crear un nuevo paso. Aparece el cuadro de diálogo Create Step. 4. En el cuadro de diálogo Create Step:

a. Nombrar al paso Contacto. b. Aceptar el tipo de procedimiento por defecto Static, General, y hacer clic en

Continue. El editor de pasos Edit step aparece. 5. En el campo de descripción Description (dentro de la etiqueta ó pestaña Basic),

escribir Establecer contacto. Dejar los parámetros por defecto. 6. Hacer clic en la etiqueta Incrementation, y borrar el valor de 1 que aparece en el

campo de texto Inicial. Escribir un valor de 0.1 para el tamaño del incremento inicial. Dejar los demás parámetros por defecto.

7. Hacer clic sobre OK para crear el paso y para salir del editor. El paso Contacto

aparece en el Step Manager.

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8. Usar la misma técnica para crear un segundo paso general, estático llamado Carga. Escribir Carga aplicada en el campo de descripción y un tamaño de incremento inicial de 0.1. El paso Carga aparece en el Step Manager.

9. Hacer clic en Dismiss para cerrar el manager.

Salidas Requeridas: Para editar las salidas requeridas y especificar la frecuencia de ellas durante el paso Carga se debe seguir el siguiente procedimiento:

1. En la barra del menú principal, seleccionar Output → Field Output Request → Manager. La caja de diálogo Field Output Request Manager aparece. El Field Output Request Manager es diferente del Step Manager que fue usado para crear los pasos. El Step Manager es un administrador básico. El Field Output Request Manager es un administrador de paso dependiente. En contraste al administrador básico, los tipos de objetos que aparecen los administradores de paso dependiente son esos que se pueden crear, modificar y desactivar en un paso de análisis particular. Los administradores de paso dependiente despliegan información concerniente a la historia de cada objeto listado en el administrador. En este ejemplo ABAQUS/CAE llama por defecto, al campo de salida requerido que fue creado en el paso Contacto, F-Output-1. Además, ABAQUS/CAE propaga la salida requerida en el paso Carga.

2. En el Field Output Request Manager, seleccionar la salida requerida F-Output-1

en el paso Carga. De los botones sobre el lado derecho del administrador, hacer clic en Edit. El editor del campo de salidas Edit Field Output Request aparece para el paso Carga.

3. De la lista de las categorías de salida, presionar la flecha (triangulo negro) del lado

izquierdo de Contact.

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Una lista de las variables de salida de contacto disponibles, aparece a lo largo con una descripción de cada una. 4. Desactivar la variable CDISP como variable de salida (haciendo clic sobre √

“check” del cuadro del lado izquierdo de la variable). El cuadro al lado de Contact cambia, solo la mitad que está encendida, lo que indica que no todas las variables en esta categoría serán salidas. El Editor Edit Field Output Resquest también indica lo siguiente:

• La salida podría ser generada en los puntos de sección por defecto. • La salida podría ser guardada después de cada incremento. • La salida podría ser generada para todo el modelo.

6. Presionar OK para modificar las salidas requeridas. En el Field Output Request

Manager, el status de la salida requerida cambia a Modified para el caso Carga. 7. En el Field Output Resquest Manager, seleccionar la salida requerida F-Output-1

en el paso Contacto y hacer clic en Edit. El editor Edit Field Output Request aparece para el paso Contacto.

8. Cerca del botón OK del editor, seleccionar The last increment en Saved output at

para generar la salida durante el último incremento del paso. Dejar las salidas que aparecen por defecto.

9. Hacer clic en OK para modificar las salidas requeridas. 10. En el Field Output Request Manager, presionar Dismiss para cerrar el cuadro de

diálogo. 12. SELECCIONANDO UN GRADO DE LIBERTAD PARA MONITOREAR

Se puede definir un elemento particular o un grupo de nodos que contengan solo porciones seleccionadas del modelo. Una vez que se haya creado un grupo, éste puede ser usado para realizar las siguientes tareas:

• Asignar propiedades a las secciones en el módulo Property.

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• Crear pares de contacto con grupos de nodos de contacto y superficies en el módulo Interaction.

• Definir cargas y condiciones de borde en el módulo Load.

• Requerir salidas de la base de datos de salida ó del archivo de estado de regiones

específicas del modelo en el módulo Step.

• Desplegar resultados para regiones específicas del modelo en el módulo Visualization.

En este ejemplo se definirán un grupo de nodos consistente de un solo nodo. Entonces, se podrá tener la capacidad de monitorear los resultados para un grado de libertad en ese nodo cuando el modelo sea sometido al análisis.

1. Dentro del módulo Step, en la barra del menú principal, seleccionar Tools → Set → Create. El cuadro de diálogo Create Set aparece.

2. Nombrar al grupo de nodos Monitor al grupo, presionar Continue…. 3. Selecciona el vértice de la mitad de bisagra sin orificio de lubricación mostrada en

figura 39.

Fig. 39. Selección del nodo para monitorear la salida.

4. En el área de aviso ó a través del botón 2 del ratón, hacer clic en Done para indicar

que se ha finalizado la selección de la geometría para el grupo. ABAQUS/CAE crea un grupo de nodos con el nombre de Monitor que contiene el nodo del vértice seleccionado.

5. En la barra del menú principal, seleccionar Output → DOF Monitor. Aparece un cuadro de diálogo DOF Monitor.

6. Activar la opción Monitor a degree of freedom throughout the analysis.

Seleccionar este vértice

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El grupo de nodos Monitor que ha sido creado, es seleccionado en el campo de texto Point region.

7. Escribir 1 en el campo de texto Degree of freedom, y presionar OK.

13. CREANDO SUPERFICIES A USAR EN INTERACCIONES DE CONTACTO Se usará el módulo de interacción Interaction para definir el contacto entre dos regiones del modelo. El primer paso es crear las superficies que serán incluidas en las interacciones. No siempre es necesario crear las superficies con anticipación; si el modelo es simple ó las superficies fáciles de seleccionar, se pueden indicar las superficies maestras (master) y esclavas (slave) directamente en la ventana cuando se crean las interacciones. Sin embargo, en este ejemplo es más fácil definir las superficies separadamente y luego referirse a los nombres de esas superficies cuando se crean las interacciones. Se usarán las herramientas de superficies en el módulo Interaction para definir las superficies siguientes: Una superficie llamada Pasador que circunscribirá la superficie externa del pasador. Dos superficies llamadas Ala-h y Ala-s que conformara las caras de las alas que estarán en contacto mutuamente. Dos superficies llamadas Interior-h e Interior-s que contienen las superficies que estarán en contacto con el pasador. Definiendo una superficie sobre el pasador: En esta sección se definirá la superficie exterior del pasador.

1. En la lista de módulos seleccionar Interaction para ingresar al módulo de interacción.

2. Es conveniente desplegar solo una parte a la vez mientras se escogen las superficies

a ser definidas. a. En la barra del menú principal, seleccionar View → Assembly Display

Options…. Aparece el cuadro de diálogo Assembly Display Options.

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b. Hacer clic sobre la etiqueta Instance. Las partes instadas que se tienen creadas son listadas, con marcas √ en la columna Visible. Todas las partes instadas son visibles por defecto.

c. Hacer clic en la columna Visible a lado de Bisagra-orificio-1 y

Bisagra-solida-1. Obsérvese que desaparecieron las marcas de la columna Visible que dando el cuadro como se muestra:

d. Presionar Apply.

Las mitades de bisagra desaparecen de la vista.

3. En la barra del menú principal, seleccionar Tools → Surface → Manager….

ABAQUS/CAE despliega el administrador de superficies, Surface Manager. 4. En la esquina inferior izquierda del administrador, presionar Create…. Aparece el

cuadro de diálogo Create Surface. 5. En el cuadro de diálogo, nombrar Pasador a la superficie. Aceptar el tipo Type de

geometría por defecto, y presionar Continue…. 6. En la ventana, seleccionar el pasador. 7. En el área de aviso ó a través del botón 2 del ratón, hacer clic en Done para indicar

que ha finalizado la selección de las regiones para la superficie.

La flecha color magenta indica la superficie exterior del pasador, y la amarilla indica la superficie interior. La superficie externa es la que estará en contacto con las dos alas y es la selección deseada, como se muestra en la figura 40.

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Fig. 40. Flecha de color amarillo y magenta que indica las superficies del pasador.

8. En el área de aviso, presionar el botón Magenta para elegir la superficie exterior. ABAQUS/CAE crea la superficie deseada llamada Pasador y la muestra en el administrador, Surface Manager.

Definiendo las superficies sobre las alas de las mitades de bisagra: En esta oportunidad se definirán las superficies sobre las alas de las mitades de bisagra que se necesitan para definir el contacto entre las dos alas de las mitades de bisagra y, entre esas alas y el pasador.

1. En el cuadro de diálogo Assembly Display Options, cambiar las opciones de

visibilidad de manera que solo la parte instada Bisagra-orificio-1 sea visible. ABAQUS/CAE despliega en la ventana sólo la mitad de bisagra con orificio de lubricación.

2. En el Surface Manager, presionar Create. Aparece el cuadro de diálogo Create

Surface. 3. En el cuadro de diálogo, nombrar Ala-h a la superficie, aceptar el tipo Type de

geometría por defecto, y presionar Continue…. 4. Sobre la instancia con orificio de lubricación, seleccionar la cara del ala que está en

contacto con la otra ala, como se muestra en la figura 41. (Se puede necesitar rotar la vista para ver esta cara claramente).

Fig. 41. Selección de la cara interna del ala.

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5. Cuando se tiene seleccionada la cara deseada, hacer clic en Done en el área de aviso ó a través del botón 2 del ratón. ABAQUS/CAE crea la superficie deseada llamada Ala-h y la muestra en el cuadro Surface Manager.

6. Crear una superficie, siguiendo los pasos de 2. a 5., llamada Interior-h que incluye la superficie cilíndrica interna de la mitad de bisagra con orificio de lubricación, como muestra la figura 42. (Se podría necesitar un zoom de ampliación sobre la vista para seleccionar esta cara).

Fig. 42. Selección del orificio interno del ala.

7. Cambiar las opciones de visibilidad de manera que solo Bisagra-solida-1 sea visible.

8. Usar técnicas similares para crear una superficie llamada Ala-s que contenga la

correspondiente cara del ala de la mitad de bisagra sin orificio de lubricación, que se muestra en la figura 43.

Fig. 43. Selección de la cara interna del ala.

9. Por último, crear una superficie llamada Interior-s que incluya la superficie

cilíndrica interna de la mitad de bisagra sin orificio de lubricación, que se muestra en la figura 44.

Fig. 44. Selección del orificio interno del ala.

Seleccionar esta superficie

Seleccionar esta superficie como Ala-s

Seleccionar esta superficie como Interior-s

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10. En el Surface Manager, presionar Dismiss para cerrar el administrador. 11. Salir del cuadro Assembly Display Options de modo que se pueda continuar

desplegando las partes instadas a medida que se necesiten de ellas para el resto de este ejemplo.

14. DEFINIENDO CONTACTO ENTRE REGIONES DEL MODELO Las interacciones son objetos que se crean para modelar relaciones mecánicas entre superficies que están en contacto ó estrechamente espaciadas. La pura proximidad física de dos superficies en un ensamblaje no es suficiente para indicar algún tipo de interacción entre las superficies. Cada una de estas interacciones requiere una referencia para una propiedad de interacción. Las propiedades de interacción son colecciones de información que ayudan a definir ciertos tipos de interacciones. Se usa el módulo de interacción Interaction para definir las siguientes interacciones: Una interacción llamada BisagraPasador-orificio que define el contacto entre la parte instada Bisagra-orificio-1 y el pasador. Una interacción llamada BisagraPasador-solida que define el contacto entre la parte instada Bisagra-orificio-1 y el pasador. Una interacción llamada Alas que define el contacto entre las dos alas. Creando una propiedad de interacción: En este procedimiento se creará una propiedad de interacción de contacto mecánico.

1. En la barra del menú principal, seleccionar Interaction → Property → Create ó de

la caja de herramientas del módulo, la herramienta .El cuadro de diálogo

Create Interaction Property aparece.

2. En el cuadro de diálogo Create Interaction Property:

a. Nombrar a la propiedad NoFriccion. b. En la lista Type, aceptar Contact como la selección por defecto. c. Hacer clic en Continue….

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3. En la barra del menú del cuadro de diálogo (bajo el cuadro Contact Property Options), seleccionar Mechanical → Tangential Behavior y aceptar la formulación Frictionless.

Fig. 45. Selección del tipo de propiedad de contacto. 4. Hacer clic en OK para guardar las opciones establecidas y cerrar el cuadro de

diálogo Edit Contact Property. Creando las interacciones: En esta parte se crearán tres interacciones mecánicas de contacto superficie-superficie. Cada interacción hará referencia a la propiedad de interacción creada.

1. En la barra del menú principal, seleccionar Interaction → Manager ó de la caja de

herramientas del módulo, el icono que aparece al lado de

2. En la esquina inferior izquierda del Interaction Manager, presionar Create.

Aparece el cuadro de diálogo Create Interaction. 3. En el cuadro de diálogo:

a. Nombrar BisagraPasador-orificio a la interacción. b. Seleccionar Initial de la lista de pasos. c. En la lista Type for Selected Step, aceptar la selección que aparece por defecto

Surface-to-surface contact (Standard). Presionar Continue….

4. Sobre el lado derecho más lejos del área de aviso, presionar el botón Surfaces….

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El cuadro de diálogo Region Selection que aparece contiene una lista de superficies definidas previamente.

5. En el cuadro de diálogo Region Selection, seleccionar Pasador como la superficie

maestra, y pulsar Continue…. 6. De los botones en el área de aviso, seleccionar Surface como el tipo esclava.

7. En el cuadro de diálogo Region Selection, seleccionar Interior-h como la superficie esclava, y pulsar Continue….

Aparece el cuadro de diálogo Edit Interaction.

8. En el cuadro de diálogo:

a. Aceptar la selección por defecto en Sliding formulation de Finite sliding. b. Aceptar la selección por defecto en Slave Node Adjustment de Do not adjust

slave nodes. c. Aceptar NoFriccion como la propiedad de interacción (Interaction

Property). d. Hacer clic en OK para guardar la interacción y cerrar el cuadro de diálogo.

La interacción creada aparecerá en el administrador Interaction Manager.

Fig. 46. Cuadro de diálogo “Edit Interaction”.

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9. Usar la misma técnica explicadas en los pasos previos, para crear una interacción similar llamada BisagraPasador-solida. Usar Pasador como la superficie maestra, Interior-s como la superficie esclava, y Nofriccion como la propiedad de interacción.

10. Crear una interacción similar llamada Alas. Usar la superficie Ala-h como

superficie maestra, Ala-s como esclava, y Nofriccion como la propiedad de interacción.

11. En el Interaction Manager, hacer clic en Dismiss para cerrar el administrador.

15. APLICANDO CONDICIONES DE BORDE Y CARGAS EN EL ENSAMBLAJE

Se usará el módulo Load para aplicar las siguientes condiciones de borde y cargas sobre el modelo:

Una condición de borde llamada Fija que restringe todos los grados de libertad en

el extremo de la mitad de bisagra con orificio de lubricación, como se muestra en la figura 47.

Fig. 47. Condición de empotramiento.

Una condición de borde llamada Nodeslizamiento que restringe todos los grados de libertad del pasador, mientras se establece el contacto durante el primer paso del análisis. Esta condición de borde será modificada en el segundo paso del análisis de manera que los grados de libertad 1 y 5 son liberados. La figura 48 ilustra esta condición de borde aplicada en el punto de referencia.

Fig. 48. Condición de empotramiento.

Restringir esta cara

Restringir el punto de referencia

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Una condición de borde llamada Restriccion que restringe todos los grados de libertad de un punto sobre la mitad de bisagra sin orificio de lubricación durante el primer paso de análisis. Esta condición de borde será modificada en el segundo paso del análisis de manera que el grado de libertad 1 sea liberado cuando la carga sea aplicada.

Fig. 49. Restricción de un nodo sobre la mitad de la bisagra sin orificio de lubricación.

Una carga llamada Presion que se aplicará en el extremo de la mitad de bisagra sin agujero de lubricación durante el segundo paso del análisis. La figura 50 ilustra la presión aplicada sobre la mitad de bisagra sin agujero de lubricación.

Fig. 50. Carga aplicada sobre la cara de la mitad de la bisagra sin orificio de lubricación.

Restringiendo de la mitad de bisagra con orificio de lubricación: Se aplicara una condición de borde, a la cara, en el extremo de la mitad de bisagra con orificio de lubricación para fijar la bisagra durante el análisis.

1. En la lista de módulos, seleccionar Load para entrar al módulo de carga. 2. De la caja de herramientas del módulo, seleccionar el icono que esta al lado de

la herramienta .

Aparece el cuadro de diálogo Boundary Condition Manager.

3. En el cuadro de diálogo Boundary Condition Manager, hacer clic en Create....

Restringir este nodo

Aplicar una carga de presión negativa en esta cara

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Aparece el cuadro de diálogo Create Boundary Condition. 4. En el cuadro de diálogo Create Boundary Condition:

a. Nombrar a la condición de borde Fija. b. Elegir Initial de la lista de pasos. c. En Category, aceptar Mechanical como la selección de la categoría por defecto.

d. En Type for Select Step, seleccionar Displacement/Rotation como el tipo de

condición de borde para el paso seleccionado.

e. Hacer clic en Continue....

5. Seleccionar la cara que contiene la cuadricula mostrada en la figura 51 como la región en donde se aplicará la condición de borde.

Fig. 51. Selección de la cara a restringir. Por defecto, ABAQUS/CAE selecciona solo los objetos que están lo más cercano al frente de la pantalla, y no se puede elegir la cara deseada a menos que se rote la bisagra. Sin embargo, se puede usar las opciones de selección para cambiar este comportamiento.

a. En el área de aviso, hacer clic en la herramienta de selección de opciones . b. En el cuadro de diálogo Options que aparece, desactivar .

c. Hacer clic sobre la cara deseada.

ABAQUS/CAE despliega los botones Next, Previous, y OK en el área de aviso.

d. Hacer clic en Next y Previous hasta que la cara deseada resalte. e. Hacer clic en OK para confirmar la elección.

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6. En el área de aviso ó a través del botón 2 del ratón, hacer clic en Done para indicar que se ha finalizado la selección de la(s) region(es). Aparece el cuadro de diálogo Edit Boundary Condition. Las opciones de selección retornan a las alternativas por defecto.


a. Activar los botones etiquetados U1, U2 y U3 para restringir el extremo de la mitad de bisagra con orificio de lubricación en las direcciones 1-, 2- y 3-. No hay necesidad de restringir los grados de libertad rotacionales de la mitad de bisagra porque los elementos sólidos (cuales solo tienen grados de libertad traslacionales) será usado para mallar la bisagra.

b. Hacer clic en OK para confirmar la selección y cerrar la caja de diálogo.

La condición de borde creada anteriormente aparece en el Boundary Condition Manager y flechas aparecen sobre los nodos del borde de la cara indicando los grados de libertad restringidos. El Manager Boundary Condition muestra que las condiciones de borde permanecen activas en todos los pasos del análisis.

Restringiendo el pasador: En el primer paso general del análisis se establecerá el contacto entre las dos mitades de bisagra y entre las mitades de bisagra y el pasador. Para fijar el pasador durante este análisis, se deberá aplicar una condición de borde en el pasador que restrinja todos sus grados de libertad.

1. En el Boundary Condition Manager ó administrador de condiciones de borde, presionar Create.... Aparece el cuadro de diálogo Create Boundary Condition.

2. En el cuadro de diálogo Create Boundary Condition:

a. Nombrar Nodeslizamiento a la condición de borde.

b. Aceptar Initial en el campo de texto Step.

c. En Category, aceptar Mechanical como la selección de la categoría por

defecto, y en Type for Selected Step, a Displacement/Rotation como la selección por defecto.

d. Hacer clic en Continue....

3. En la ventana, seleccionar el punto de referencia del cuerpo rígido sobre el pasador

como la región en donde será aplicada la condición de borde.

81


4. En el área de aviso ó a través del botón 2 del ratón, hacer clic en Done para indicar que se ha finalizado la selección de la(s) region(es). Aparece el cuadro de diálogo Edit Boundary Condition.


a. Activar todos los botones para restringir todos los grados de libertad del pasador.

b. Hacer clic OK.

La nueva condición de borde aparece en el Boundary Condition Manager.

Modificando la condición de borde aplicada al pasador: Los objetos que se puede crear y modificar en ciertos pasos –tales como condiciones de borde, cargas e interacciones– tienen administradores especiales que permiten modificar objetos y cambiar su estatus en diferentes pasos de análisis. En este ejemplo se usara el administrador de condiciones de borde para modificar la condición de borde Nodeslizamiento de modo que la traslación en la dirección 1- y la rotación alrededor del eje 2- sean liberados durante el paso de carga. Actualmente el Boundary Condition Manager muestra los nombres de las dos condiciones de borde que se han creado y también sus estatus en cada paso: ambas condiciones de borde son creadas en el paso inicial y propagadas hasta los siguientes pasos de análisis.

1. En el Boundary Condition Manager, hacer clic en la celda etiquetada Propagated ubicada en la fila llamada Nodeslizamiento y en la columna llamada Carga, como se muestra en la figura 52.

Fig. 52. Cuadro de diálogo “Boundary Condition Manager”. Esa celda seleccionada es resaltada. 2. Sobre el lado derecho del administrador, hacer clic sobre Edit para indicar que se

quiere editar la condición de borde Nodeslizamiento en el paso Carga. Aparece el cuadro de diálogo Edit Boundary Condition, y ABAQUS/CAE resalta un conjunto de flechas sobre el modelo indicando donde están aplicadas las condiciones de borde y cuales son los grados de libertad restringidos.

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3. En el editor, desactivar los botones etiquetados U1 y UR2 de manera que el pasador este permitido de trasladarse en la dirección 1- y rotar alrededor de eje 2-. Hacer clic en OK para cerrar el cuadro de diálogo. En el Boundary Condition Manager, el status de la condición de borde Nodeslizamiento en el paso carga cambia a Modified.

Restringir la mitad de bisagra sin orificio de lubricación: En el primer paso de análisis, se restringe un solo nodo de la mitad de bisagra sin orificio de lubricación en todas las direcciones. Esas restricciones, junto con el contacto y con el pasador son suficientes para prevenir el movimiento del cuerpo rígido de la pieza sin orificio de lubricación. En el segundo paso de análisis, en el cual la carga es aplicada se removerá la restricción en la dirección 1-.

1. Crear una condición de borde en el paso Initial y nombrarla Restriccion. En Category y Type for Selected Step, aceptar Mechanical y Displacement/Rotation, respectivamente.

2. Aplicar la condición de borde en el vértice, como se muestra en la figura 53.

Fig. 53. Selección del vértice a restringir.

3. Restringir el vértice en las direcciones 1-, 2-, y 3-. 4. En el paso Carga, modificar la condición de borde de manera que la bisagra sea

liberada en la dirección 1-. 5. Cuando se haya finalizado la creación de las condiciones de borde, hacer clic en

Dismiss para cerrar el Boundary Condition Manager.

Aplicando una carga sobre la mitad de bisagra sin orificio de lubricación: A continuación, se aplicara una carga de presión a la cara en el extremo de la mitad de bisagra sin orificio. La carga será aplicada en la dirección 1- durante el segundo paso de análisis.

Seleccionar este vértice

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1. De la caja de herramientas del módulo, seleccionar la herramienta . El cuadro de diálogo Created Load aparece.

2. En el cuadro de diálogo Create Load: a. Nombrar a la carga Presion. b. Aceptar Carga como la selección por defecto en el campo de texto Step. c. De la lista de Category, aceptar Mechanical como la selección por defecto. d. De la lista Type for Selected Step, seleccionar Pressure. e. Hacer clic en Continue....

3. En la ventana, seleccionar la cara en el extremo de la mitad de bisagra sin orificio de

lubricación como la superficie en la cual será aplicada la carga, como se muestra en la figura 54.

Fig. 54. Selección de la cara sobre la cual se aplica la carga.

4. En el área de aviso ó a través del botón 2 del ratón, hacer clic en Done para indicar la finalización de la selección de la(s) region(es).

Aparece el cuadro de diálogo Edit Load.

5. En el cuadro de diálogo, introducir una magnitud de –1.E6 para la carga, dejando

las opciones de Distribution y Amplitude que aparecen por defecto (Uniform y Ramp). Hacer clic en OK.

Aparecen flechas en los nodos de la cara indicando la carga aplicada.

84


16. MALLANDO EL ENSAMBLAJE El mallado del ensamblaje es dividido en las siguientes operaciones:

Asegurarse de que el ensamblaje pueda mallarse y crear particiones adicionales

donde sea necesario.

Asignar atributos de mallado a las partes instadas.

Establecer un tamaño de malla “Seeding” en las partes.

Mallar el ensamblaje. Decidiendo que necesita ser particionado: ABAQUS/CAE muestra las dos mitades de bisagra en color anaranjado, lo cual indica que ellas necesitan ser particionadas para ser malladas usando elementos hexaédricos. Además, despliega el pasador en color anaranjado porque él es una superficie analíticamente rígida y por lo tanto, no puede ser mallada, como se muestra en la figura 55.

1. De la barra de menú principal, seleccionar Tools → Partition para particionar las dos alas. ABAQUS/CAE muestra la caja de diálogo Create Partition.

2. En el cuadro de diálogo Create Partition, elegir el tipo de partición Cell ó celda.

Seleccionar el método Extend Face, y hacer clic sobre Apply.

3. Seleccionar la mitad de bisagra sin orificio de lubricación como Cell a particionar. En el área de aviso ó a través del botón 2 del ratón, hacer clic en Done para indicar que se ha finalizado la elección de la(s) celda(s).

Fig. 55. Dibujo de la bisagra en color naranja que indica que debe ser particionada.

4. Seleccionar la cara a extender, que se muestra cuadriculada en la figura 56.

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Fig. 56. Selección de la cara para realizar la partición.

5. En el área de aviso ó a través del botón 2 del ratón, hacer clic sobre Create

Partition. ABAQUS/CAE crea la partición como se muestra en la figura 57.

Fig. 57. El color verde indica la partición efectuada.

6. Usar un método similar al descrito en los pasos anteriores para crear una partición

entre el cubo y el ala de la otra mitad de bisagra (con orificio de lubricación). De nuevo el cubo se torna verde para indicar que puede ser mallado usando mallado estructurado, pero el ala que contiene el orificio de lubricación aparece en anaranjado, indicando que se necesita realizar particiones adicionales para mallar esa ala. Particionando las alas:

1. En el cuadro de diálogo Create Partition, seleccionar en Cell, el método Define Cutting Plane y hacer clic en Apply.

2. Seleccionar las dos alas. Seleccionar una primera ala y con [Shift] + [Click] la

segunda para agregarla a la selección. Hacer clic en Done para indicar que ha finalizado la selección de las celdas.

ABAQUS/CAE prevee tres métodos para especificar el plano de corte:

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Seleccionando un punto y una normal. El plano de corte pasa por el punto seleccionado, normal al lado seleccionado.

Seleccionando tres punto no colineales. El plano de corte pasa por cada punto.

Seleccionando un lado y un punto a lo largo del lado. El plano de corte pasa por el

punto seleccionado, normal al lado seleccionado.

El plano de corte no necesita ser definido en la celda que será particionada. El plano se extiende infinitamente y particiona la celda seleccionada.

3. De los botones en el área de aviso, seleccionar 3 Points. ABAQUS/CAE resalta los

puntos que se pueden seleccionar. 4. Seleccionar tres puntos que corten las alas en la mitad con una partición vertical

como se muestra en la figura 58.

Fig. 58. Selección de tres sobre el ala de la bisagra para definir el plano de corte.

5. En el área de aviso ó a través del botón 2 del ratón, hacer clic sobre Create Partition. ABAQUS/CAE crea las particiones deseadas.

6. Se necesita crear una partición que corte por la mitad horizontalmente, de manera

que resulten cuatro regiones, como se muestra en la figura 59. Usar el método Define cutting plane para crear las particiones deseadas.

Fig. 59. Partición horizontal del ala de la bisagra.

Seleccionar estos tres puntos

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ABAQUS/CAE colorea en anaranjado la región que contiene el orificio de lubricación para indicar que ella todavía no puede ser mallada, figura 59. Usar el método Define cutting plane para particionar las cuatro regiones en el ala que contiene el orificio de lubricación. El modelo con todas las particiones se muestra en la figura 60. El color verde del modelo indica que puede ser mallado completamente.

Fig. 60. Modelo con todas las particiones para ser mallado.

7. En el área de aviso ó a través del botón 2 del ratón, se hace clic sobre Done para indicar que se ha finalizado con la partición de celdas.

8. De la caja de diálogo Create Partition, hacer clic en Cancel.

Asignando controles de mallado: En esta parte se usara la caja de diálogo Mesh Controls para examinar la técnica que ABAQUS/CAE utilizara para mallar el modelo y la forma de los elementos que generara.

1. No se puede mallar una superficie analíticamente rígida. Como resultado no se puede aplicar controles de mallado a una superficie analíticamente rígida; tampoco se le puede dimensionar ó asignarle un tipo de elemento. Para simplificar el procedimiento de mallado, se debe usar Assembly Display Options para desplegar solo las dos mitades de bisagra.


3. Arrastrar un cuadro alrededor del modelo para seleccionar las dos mitades de la

bisagra y se hace clic sobre Done, en el área de aviso ó a través del botón 2 del ratón, para indicar que la selección se ha completado. Las dos piezas aparecen en rojo para indicar que ellas han sido seleccionadas y ABAQUS/CAE despliega el cuadro de diálogo Mesh Controls.

4. En el cuadro de diálogo, aceptar Hex como la selección del Element Shape que

aparece por defecto.

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5. Aceptar Structured como la técnica de mallado que ABAQUS/CAE aplicara.

6. Hacer clic en OK para asignar los controles de mallado y cerrar la caja de diálogo. 7. En el área de aviso ó a través del botón 2 del ratón, hacer clic en Done.

Asignando el tipo de elemento: En esta sección se usará el cuadro de diálogo Element Type para examinar los tipos de elementos que son asignados al modelo.


2. Seleccionar las dos piezas usando la misma técnica descrita en el procedimiento de control de mallado y hacer clic en Done, en el área de aviso ó a través del botón 2 del ratón. ABAQUS/CAE despliega la caja de diálogo Element Type.

3. En el cuadro de diálogo, aceptar Standard como la selección del Element Type. 4. Aceptar Linear como la selección del Geometric Order. 5. Aceptar 3D Stress como selección de Family de los elementos que aparece por

defecto.

6. Hacer clic en la lengüeta Hex, y seleccionar Reduced Integration como método de control de los elementos si este no se ha seleccionado. Una descripción del tipo de elemento aparece por defecto, C3D8R, aparece en la parte inferior de la caja de diálogo.

7. Hacer clic en OK para asignar el tipo de elemento y cerrar la caja de diálogo. 8. En el área de aviso ó a través del botón 2 del ratón, hacer clic en Done.

Dimensionando el mallado de las partes instadas: El próximo paso del proceso de mallado es dimensionar la malla en cada una de las partes instadas. Dimensionar representa la localización aproximada de los nodos e indicar la densidad de la malla que se quiera generar. Se puede seleccionar el dimensionamiento basado en el número de elementos a generar a lo largo de un borde ó el promedio del tamaño del elemento, ó se puede predisponer de la distribución del dimensionamiento hacia un extremo del borde. Para este ejemplo, se dimensionara el ensamblaje entero de manera que las dos mitades de la bisagra tengan un tamaño de elemento promedio de 0.004.


89


2. Seleccionar las dos piezas usando la misma técnica descrita en el procedimiento de control de mallado y hacer clic en Done para indicar que la selección se ha completado.

3. En el cuadro de texto en el área de aviso, escribir un tamaño de elemento global

aproximado de 0.004, y presionar [Enter]. Las divisiones aparecen sobre todos los bordes.

4. En el área de aviso ó a través del botón 2 del ratón, hacer clic en Done.

Mallando el Ensamblaje:

1. De la caja de herramientas del menú, seleccionar .

2. Seleccionar las dos piezas usando la misma técnica descrita en el procedimiento de

control de mallado y hacer clic en Done para indicar que la selección se ha completado. El mallado final es ilustrado en la figura 61.

Fig. 61. Mallado final del modelo. 3. En el área de aviso ó a través del botón 2 del ratón, hacer clic en Done.

17. CREANDO Y SOMETIENDO UN TRABAJO

Ahora que se tiene configurado el análisis, se va al módulo Job para crear un trabajo que este asociado con el modelo y someter ese trabajo al análisis.

1. En la lista de módulos, hacer clic en Job para entrar al módulo de trabajo.

2. De caja de herramienta del módulo, seleccionar para crear el trabajo. La caja

de diálogo Create Job aparece.

90


3. Nombrar al trabajo AnalisisBisagra, y hacer clic en Continue. El editor de trabajo ó Job editor aparece.

4. En el campo Description, escribir Ejemplo de Bisagra. Hacer clic en las lengüetas para ver los contenidos del editor de trabajo, y revisar las opciones por defecto. Hacer clic en OK para aceptar todas las opciones de trabajo por defecto.

5. Seleccionar en la caja de herramientas para iniciar el Job Manager.

En el cuadro de diálogo Job Manager aparece y muestra una lista de los trabajos, el modelo asociado con cada trabajo, el tipo de análisis y el estado de cada trabajo.

6. De los botones sobre el lado derecho del Job Manager, hacer clic en Submit para

someter el trabajo al análisis.

7. Hacer Clic en botón Monitor sobre el lado derecho del Job Manager para monitorear como corre el análisis.

8. Cuando el trabajo se completa satisfactoriamente, el texto en el campo Status del

Job Manager cambia a Completed. Ahora, se esta listo para ver los resultados del análisis con el módulo Visualization. De los botones sobre el lado derecho del Job Manager, hacer clic en Results.

18. VISUALIZANDO LOS RESULTADOS DEL MODELO Se visualizaran los resultados del análisis dibujando el contorno del modelo deformado, se podrá entonces usar el despliegue de grupos para mostrar una de las mitades de la bisagra; mostrando justo una porción del modelo permitiendo visualizar los resultados que no son visibles cuando se despliega todo el modelo.

Desplegando y personalizando un ploteado de contorno: En esta parte se desplegará un grafico de contorno del modelo:

1. De caja de herramientas del módulo, seleccionar Plot → Contours. ABAQUS/CAE despliega automáticamente un gráfico de contorno de los esfuerzos de Von Mises superpuesto a la forma deformada del modelo en el final del último incremento del paso de carga. Por defecto, todas las superficies que no contienen resultados (en el caso del pasador) son desplegadas en blanco. La deformación es exagerada debido a la escala de seleccionada por defecto de ABAQUS/CAE.

2. Para remover las superficies en blanco desde el Display hacer lo siguiente:

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a. De la barra del menú principal, seleccionar Tools → Display Group → Create. El cuadro de diálogo Create Display Group aparece.

b. En la lista de opciones del ODB ítem, seleccionar Surfaces. En la lista de

opciones de Selection Method seleccionar All Surfaces. c. En la parte inferior del cuadro de diálogo, Hacer clic sobre Remove. La

superficie blanca desaparece de la vista. d. Hacer clic sobre Dismiss para cerrar el cuadro de diálogo.

3. Para reducir el factor de escala de la deformación, hacer lo siguiente:

a. De la barra del menú principal, seleccionar Options → Contour. b. En el cuadro de diálogo Contour Plot Options que aparece, hacer clic en la

lengüeta Shape. c. En las opciones del Deformation Scale Factor, escoger Uniform. d. En el campo de texto Value, escribir un valor de 100 y hacer clic en OK.

ABAQUS/CAE despliega un grafico de contorno con un factor de escala de 100, como se muestra en la figura 62. Por defecto, el gráfico de contorno despliega los esfuerzos de Von Mises en el modelo.

Fig. 62. Contorno de los esfuerzos de Von Mises del modelo.

4. Se puede ver otras variables seleccionando Result → Field Output. La caja de

diálogo Field Output aparece.

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5. Hacer clic en la lengüeta Primary Variable de la caja de diálogo Field Output, y seleccionar S11 de la lista de opciones de Component. Hacer clic en Apply para ver un grafico de contorno de los esfuerzos en la dirección 1.

6. En la lista de opción Invariant, seleccionar Max. Principal y hacer clic en

Apply para ver el esfuerzo máximo principal en el modelo.

7. Seleccionar cualquier otra variable de interés de la caja de diálogo Field Output.

8. En la lista de opción Invariant, seleccionar Mises y hacer clic en Apply para mostrar los esfuerzos de Von Mises de nuevo.

Usando el despliegue de grupos: Se podrá crear un despliegue de grupos que incluye solo los conjuntos de elementos que compone la mitad de bisagra que incluye el orificio de lubricación. Removiendo todos lo otros conjunto de elementos desde el despliegue.

1. En la barra del menú principal, seleccionar Tools → Display Group → Create. El cuadro de diálogo Create Display Group aparece.

2. En la lista de opciones del ODB Item, seleccionar Elements. En la lista de

opciones de Selection Method, aceptar la selección por defecto Element sets. 3. Seleccionar el grupo de elementos creado por ABAQUS/CAE para la parte

Bisagra-orificio-1. 4. En la parte inferior del cuadro de diálogo Create Display Group, hacer clic en

Replace. El grafico de contorno del modelo entero es remplazado por un grafico de solo la pieza seleccionada como se muestra en la figura.

Fig. 63. Contorno de los esfuerzos de Von Mises de una parte del modelo.

93


EJEMPLO Nº 3

USANDO TECNICAS ADICIONALES PARA CREAR Y ANALIZAR UN MODELO

El siguiente ejemplo muestra el proceso de modelado a través de Abaqus/Cae; visitando cada uno de los módulos y mostrando algunas técnicas adicionales para crear y analizar un modelo. El problema consiste en el análisis y modelado de una abrazadera de conexión como la mostrada en la figura 1.

Datos del material

Módulo de Young, E: 30.0x106 N/cm2


Elementos

Usar C3D8R. En esta oportunidad se pide:

• Diagrama de la deformada. • Diagrama de esfuerzos de Von Mises. • Diagrama de contorno de la componente S11 del tensor de esfuerzos. • Diagrama de contorno de la componente RF2 de la fuerza de reacción (en

nodos).

Fig. 1. Dimensionamiento de la Abrazadera de conexión

4

4

R=1 R=2

2

2

Ancho = 0.25

0.75

94


1. CREANDO UNA PARTE En este ejemplo se creara un cuerpo sólido deformable tridimensional de base característica extruida. Para ello, primero se dibuja un perfil en dos dimensiones de la abrazadera y luego se extruye ó proyecta.

a. De la barra del menú, seleccionar Part Create ó de la caja de herramientas del

módulo, hacer clic en el icono para crear una nueva parte. El cuadro de

diálogo Create Part aparece.

b. Nombrar a la parte como

Abrazadera, aceptar las opciones que aparecen seleccionadas por defecto en la caja de diálogo Create Part, tal como se muestra en la Fig. 2:

Modeling Space: 3D

Type: Deformable

Base Feature: Solid (Shape) y

Extrusion (Type).

En Aproximate size, escribir 24. Este valor es tres veces la dimensión más larga de la parte.

c. Hacer clic sobre Continue para salir

del cuadro de diálogo Create Part.

d. ABAQUS/CAE automáticamente entra en el Sketcher ó dibujador.

A lo largo de este ejemplo se seguirán manejando las dos opciones de acceder a las herramientas, por la barra del menú ó por la misma caja de herramientas. Creando la Base Para hacer el dibujo del perfil de la Base, se debe dibujar un rectángulo. Para ello, se debe hacer lo siguiente:

a. De la caja de herramientas del Sketcher, hacer clic en la herramienta .

Fig. 2. Cuadro de dialogo Create Part

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b. En la ventana dibujar el rectángulo usando los siguientes pasos:

Hacer clic en una de las esquinas del rectángulo (-2.,2.). Arrastrar el cursor hasta la esquina opuesta (2.,-2.) y hacer clic en él con el

botón 1 del ratón para crear el rectángulo. De esta manera el rectángulo generado será de 4 cuadros de largo por 4 de alto, como se muestra en la Fig. 3.

c. Hacer clic con el botón 2 del ratón, seleccionando Cancel procedure para terminar la construcción del rectángulo y con ello el perfil Base.

d. En el área de aviso, hacer clic sobre Done para salir del Sketcher. En caso de que el

botón Done del área de aviso no se vea, entonces hacer clic con el botón 2 del ratón sobre la ventana y seleccionar dicha opción.

e. ABAQUS/CAE despliega el cuadro de diálogo Edit Base Extrusion, para este caso

escribir el valor de 0.75 en Depth dejando las demás opciones por defecto tal y como muestra en la Fig. 4. Presionar OK.

(-2., 2.)

(2., -2.)

Fig. 3. Creación de perfil de la Base (Rectángulo)

Fig. 4. Cuadro de dialogo Edit Base Extrusion

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De esta forma se crea el perfil Base (Fig. 5).

Creando el perfil del Ala

El módulo Sketch ó de dibujo resulta útil ya que hay modelos en los que se repiten varias veces los perfiles. Entonces, si se crea un Sketch, éste se puede usar varias veces simplemente recuperando una copia del mismo.Para este ejemplo, se creara un Sketch del perfil del ala con la finalidad de recuperarlo cuando se construyan cada una de las alas de la abrazadera.

a. En la lista de módulos, seleccionar Sketch para acceder al módulo de dibujo.

b. De la barra de menú, seleccionar Sketch Create ó de la caja de herramientas del

módulo, usar la herramienta para crear el Sketch.

c. El cuadro de diálogo Create Sketch aparece. En él, escribir Ala como el nombre

del Sketch y colocar el valor de 8 en Aproxímate size (con este valor se configura

el tamaño aproximado del Sketcher), tal y como se observa en la figura 6. Hacer clic

en Continue.

Fig. 5. Perfil Base extruido

Fig. 6. Cuadro de dialogo Create Sketch

97


d. Construir el Sketch ala en la cuadricula de la ventana. De la caja de herramientas

del módulo usar el icono ó de la barra de menú seleccionar Add → Circle

para crear un círculo. Luego, dibujar la circunferencia de radio interno = 1 cm

colocando el centro de la misma en el punto (0.,0.) y el segundo punto de

coordenadas (1.,0.). La circunferencia creada se muestra en la figura 7.

e. Para facilitar el mallado (en pasos que veremos más adelante) la curva exterior se

deberá dibujar en 2 partes. Se debe recordar que este tipo de curvas se construyen

definiendo 3 puntos; a saber, el centro de la misma y dos puntos sobre su perímetro.

Para ello, seleccionar de la caja de herramientas del Sketcher el icono ó de la

barra de menú Add → Arc → Center/Endpoints. Para construir la primera parte,

se define el primer punto en las coordenadas (0.,0.), el segundo en las

coordenadas (0.,2.) y el tercero en las coordenadas (2.,0.) (Fig. 8).

f. Para construir la segunda curva: se definen los puntos de coordenadas (0.,0.), (2.,0.) y (0.,-2.)

(0., 0.) (1., 0.)

Fig. 7. Creación de circunferencia (radio interno del ala)

Fig 8. Construcción de la primera parte de la curva exterior del ala

(0.,2.)

(0.,0.) (2.,0.)

98


g. Una vez dibujadas estas dos curvas, se dibujan 3 líneas rectas que definen el resto

del perfil del ala. Para esto, seleccionar la herramienta de creación de líneas

conectadas. Se accede, seleccionando de la caja de herramientas del Sketcher el

icono ó de la barra de menú Add → Line → Connected. Cada recta debe

estar definida por dos puntos de la siguiente manera: La primera se define con los

puntos de coordenadas (0.,2.) y (-2.,2.). La segunda con los puntos (-2.,2.) y

(-2.,-2.), y la última con los puntos (-2.,-2.) y (0.,-2.).

h. Una vez dibujado el Sketch, pulsar el botón 2 del ratón y luego Done ó en el área de

aviso hacer clic en Done. Con ello, queda creado el Sketch del perfil del ala (Fig 10).

Fig 9. Construcción de la segunda parte de la curva exterior del ala

(0., 0.) (2.,0.)

(0.,-2.)

Fig 10. Creación del Sketch del perfil del ala de la abrazadera

(-2.,2.) (0.,2.)

(-2.,-2.)

(0.,-2.)

99


Creando el ala frontal

a. Entrar al módulo Part, seleccionándolo en la lista de módulos. b. En la barra del menú, seleccionar Shape Solid Extrude ó de la caja de

herramientas del módulo activar el icono para extruir un Sketch.

c. Escoger una cara para definir el plano del Sketch. Seleccionar la cara frontal de la

base, tal como se muestra en la Fig. 11. d. Seleccionar un borde de la Base que aparezca vertical y sobre el lado derecho del

Sketch. Para ello, se escoge el borde al que se hace referencia en la Fig 11. Antes de seleccionar el borde es importante estar pendiente del área de aviso, ya que en ella se reflejan las opciones en las que podrían aparecer el borde ó eje seleccionado. Para satisfacer lo antes mencionado, en el área de aviso deberá aparecer la opción vertical and on the right (Fig. 12).

Al hacer la selección del borde, se observa que la Base se mueve de tal manera que el lado seleccionado aparece al vertical y a la derecha. Esto se detalla en la siguiente Fig. 13. El Sketcher se inicia y muestra el contorno de la Base como la geometría de referencia.

Seleccion

Fig.11. Selección de la cara que define el plano del Sketch y el borde que aparecerá vertical y a la derecha en el Sketcher

Seleccion

Fig.12. Opción de selección de un borde o eje que aparezca aparecerá en el Sketcher vertical y sobre la derecha

100


e. Insertar el Sketch del ala. Para ello:

En la barra del menú, seleccionar Add Sketch ó de la caja de herramientas

del Sketcher hacer clic en el icono para insertar un Sketch. Aparece el

cuadro de diálogo Select Sketch (Fig. 14). En dicho cuadro, seleccionar Ala y

pulsar OK.

Dependiendo del lugar en donde haya quedado insertado el Sketch, este se trasladara ó no. Para este ejemplo, obsérvese en la Fig. 15 la manera en que se ha quedado insertado el Sketch del Ala.

Fig.13. Perfil Base en el plano seleccionado y el borde escogido en la posición vertical

Fig. 14. Cuadro de dialogo Select Sketch

Fig. 15. Inserción del Sketch del Ala en el perfil Base

101


Ya que la ubicación del Sketch del Ala no corresponde a lo requerido para el ejemplo, se procede a trasladarlo a su posición correcta.

f. Para trasladar el Sketch (Fig. 16):

En el área de aviso aparecerá el siguiente mensaje (Fig. 17):

Del mensaje, seleccionar Translate; escogiendo como origen del vector de traslación al punto de coordenadas (-2.,0) y como punto de llegada al (2.,0.).

En el área de aviso, hacer clic sobre Done para salir de la traslación.

Ahora, en el área de aviso hacer clic sobre Done para aceptar la sección del

Sketch del Ala a extruir como sólido.

ABAQUS/CAE despliega la parte en una vista isométrica mostrando la extrusión de la Base, el Sketch del perfil de Ala y una flecha indicando la dirección a extruir. La dirección de extrusión por defecto es siempre hacia fuera del sólido. ABAQUS/CAE también despliega la caja de diálogo Edit Extrusion.

g. En la caja de diálogo Edit Extrusion:

Aceptar la selección Type por defecto Blind para indicar que se proporcionara

un espesor de extrusión y en el campo Depth, escribir un espesor de extrusión de 0.25 (Fig. 18).

Fig. 17. Mensaje en el área de aviso luego de la inserción del Sketch del ala

Fig. 16. Traslación del perfil Ala a ejecutar

(-2.,0.) (2.,-2)

102


Hacer clic en Flip para revertir la dirección de extrusión. La dirección ira como

se muestra la Fig. 19.

Hacer clic en OK para crear la extrusión del ala frontal.

ABAQUS/CAE muestra la parte compuesta de la Base y el Ala (Fig. 20).

Fig. 18. Caja de dialogo Edit Extrusion

Fig. 19. Vista isométrica de la extrusión de la Base,

Fig. 20. Parte compuesta de la Base y el Ala frontal extruida

103


Creando el ala posterior

a. Sin salir del módulo Part, En la barra del menú, seleccionar Shape Solid

Extrude ó activar de la caja de herramientas del módulo, el icono para extruir

un Sketch.

b. Escoger una cara para definir el plano del Sketch. Seleccionar la cara posterior de la

Base. En esta oportunidad esto se realizara a través de la selección de objetos que aparecen dentro de la ventana ó viewport.

En el área de avisos, seleccionar . Aparece el cuadro de diálogo

Options (Fig. 21), desactivar la opción . Para desactivar dicha opción se

hace clic en dicho icono; y se debe observar como el fondo del icono que en

principio aparece en blanco pasa a gris ( ). En Select from deberá estar

activado Faces.

Seleccionar la cara frontal de la parte compuesta de Base y Ala, tal y como muestra la Fig. 22.

Fig. 21. Cuadro de dialogo Options

Fig. 22. Selección de la cara frontal

Seleccione esta cara

104


En el área de aviso aparece el siguiente mensaje (Fig. 23), usar los botones Next, Previous, OK hasta que la selección sea la deseada. Para este ejemplo, oprimir Next y con ello aparecerá la cara posterior seleccionada (Fig. 24).

Otra forma de poder seleccionar la cara posterior, es a través de la herramienta de

manipulación de vista Rotate View . Simplemente se rota la parte buscando la mejor

vista para seleccionarla. Luego, se podrá hacer uso del resto de esas herramientas para tratar

de restaurar la posición original, si se cree conveniente.

c. Seleccionar un borde de la Base de forma que aparezca vertical y sobre el lado

derecho en el Sketcher. Para ello, se escoge el borde al que se hace referencia en la Fig. 24. Para cumplir lo antes mencionado, en el área de aviso deberá estar activa la opción vertical and on the right.

Al hacer la selección del borde, se observa que la parte compuesta de Base y Ala se mueve de tal manera que el borde seleccionado aparece vertical y en la derecha. Esto se detalla en la Fig. 25.

Fig. 23. Mensaje en el área de aviso con las opciones para seleccionar la cara a seleccionar

Seleccione este borde

Fig.24. Selección de la cara posterior de la base

Fig. 25. Perfil de la parte compuesta de la Base y el Ala en el Sketcher

105


El Sketcher se inicia y muestra el contorno de la parte compuesta Base y Ala como la geometría de referencia.

d. Insertar el Sketch del ala. Para ello se procede de la misma forma como hizo anteriormente:

En la barra del menú, seleccionar Add Sketch ó usar de la caja de

herramientas del Sketch el icono para insertar un Sketch.

Aparece el cuadro Select Sketch (Fig. 14). En dicho cuadro, seleccionar Ala y

pulsar OK.

Dependiendo del lugar en donde haya quedado insertado el Sketch, este se trasladara ó rotara ó en todo caso ninguna de las dos, dependiendo de los requerimientos del problema. Para este ejemplo, obsérvese en la Fig. 26 la manera en que se ha quedado insertado el Sketch del Ala.

Ya que la ubicación del Sketch del Ala no corresponde a lo requerido para el ejemplo, se procede a rotarla a su posición correcta.

e. Para rotar el Sketch insertado:

En el área de aviso aparecerá un mensaje como el de la Fig. 17. Del mensaje, seleccionar Rotate escogiendo como centro de rotación al punto

de coordenadas (-2.,0) y un ángulo de rotación de 180º.

En el área de aviso ó a través del botón 2 del ratón, hacer clic sobre Done para salir de la rotación. Con la rotación efectuada, el perfil dentro del Sketcher deberá verse como se muestra en la Fig. 27

Fig. 26. Inserción del Sketch del Ala en el perfil de la Base y Ala

106


En el área de aviso hacer clic sobre Done para aceptar la sección del Sketch del Ala a extruir como sólido.

ABAQUS/CAE despliega la parte en una vista isométrica mostrando la extrusión de la Base y Ala (frontal), el Sketch del perfil de Ala y una flecha indicando la dirección de la extrusión por defecto (Fig. 28). La dirección de extrusión por defecto es siempre hacia fuera del sólido. ABAQUS/CAE también despliega la caja de diálogo Edit Extrusion.

f. En la caja de diálogo Edit Extrusion:

Aceptar la selección Type por defecto Blind para indicar que se proporcionara un espesor de extrusión y en el campo Depth, escribir un espesor de extrusión de 0.25 (Fig. 18).

Hacer clic en Flip para revertir la dirección de extrusión.

Hacer clic en OK para crear la extrusión del ala posterior.

ABAQUS/CAE muestra la parte compuesta de la Base y las Alas (frontal y posterior). Ahora el modelo se deberá ver como en la Fig. 29.

Fig. 27. Perfil de la Base y el Ala luego de la inserción de Sketch Ala y su rotación

Fig. 28. Vista isométrica de la extrusión de la Base y Ala (Frontal).

107


Usar la herramienta auto-fit de manipulación de vista, para redimensionar

la figura de forma que se extienda en la ventana ó viewport. En caso de que no

se desee ver el modelo relleno, se selecciona el icono de filtro .

2. DEFINIENDO EL MATERIAL Y LAS PROPIEDADES DE LA SECCIÓN El siguiente paso implica la definición y asignación del material; y las propiedades de la sección a la parte. Definiendo las propiedades del material

a. En la lista de módulos que se encuentra debajo de la barra de herramientas, hacer clic en Property para entrar en el módulo de propiedades.

b. En la barra del menú, seleccionar Material → Create ó activar de la caja de

herramientas del módulo, la herramienta para crear la definición de un nuevo

material. El cuadro de diálogo Edit Material aparece.

c. En la caja de diálogo Edit Material que aparece, nombrar al material como Acero

y en la barra de menú seleccionar Mechanical → Elasticity → Elastic, como se muestra en la Fig. 30.

Fig. 29. Parte compuesta de la Base y el Ala

Fig. 30. Caja de dialogo Edit Material

108


d. Introducir los datos elásticos. Para ello, en los campos de textos de Data respectivos escribir 30.0E6 para el módulo de elasticidad (Young´s Modulus) y 0.3 para el coeficiente de Poisson (Poisson´s Ratio). Dejar las opciones por defecto de Elastic (Fig.31). Hacer clic OK.

Definición de las propiedades de la sección

a. De la barra de menú, seleccionar Section → Create ó de la caja de herramientas del

módulo, hacer clic en para crear una nueva definición de sección.

b. El cuadro de diálogo Create Section aparece. En él, aceptar las opciones por

defecto Solid y Homogeneous en Category y Type, respectivamente; y nombrar la sección como Seccion-Abrazadera (Fig. 32). Hacer clic en Continue.

Fig. 31. Cuadro de dialogo Edit Material (Introducción de los datos

Fig. 32. Caja de dialogo Create Section

109


c. En la caja de diálogo Edit Section que aparece, aceptar Acero como el material de la sección y 1 como el espesor del plano de esfuerzos / deformación (Plane stress/strain thickness) (Fig. 33). Hacer clic en OK.

Asignación de las propiedades de la sección

a. En la barra del menú, seleccionar Assign → Section ó de la caja de herramientas

del módulo, usar la herramienta para asignar la definición de la sección.

b. Seleccionar a la parte completa (toda la abrazadera) como la región a la cual la

sección será asignada, haciendo clic sobre ella. Cuando la parte resalte (Fig. 34), hacer clic en Done en el área de aviso.

c. En la caja de diálogo Assign Section que aparece (Fig. 35), aceptar Seccion-Abrazadera como la sección definida y hacer clic en OK.

Fig. 33. Caja de dialogo Edit Section

Fig. 34. Selección de la abrazadera para asignarle el material Acero

110


3. CREANDO UN ENSAMBLAJE Haciendo uso del módulo Assembly se puede definir la geometría del modelo terminado, llamada ensamblaje, mediante la creación de instancias de una parte y la ubicación relativa de ellas con respecto a las otras en un sistema global de coordenadas. Este ejemplo solo contiene una parte; pero en modelos más complejos pueden contenerse más de una. Por lo tanto, se creara una sola instancia, la cual será luego colocada en un sistema global de coordenadas. Así, el origen de coordenadas que define el Sketch coincidirá con el sistema de coordenada global. Creando la instancia de una parte (ensamblar el modelo)

a. En la lista de módulos, seleccionar Assembly para entrar al módulo de ensamblaje. b. En la barra del menú, seleccionar Instance → Create ó de la caja de herramientas

del módulo activar para crear una instancia de la parte.

c. En la caja de diálogo Create Instance que aparece (Fig. 36), seleccionar

Abrazadera desde la lista de partes y hacer clic en OK. La opción Auto-offset from other instances dejarla desactivada.

Fig. 35. Caja de dialogo Assign

Fig. 36. Caja de dialogo Create Instance

111


El modelo se orienta por defecto, de modo que el eje global 1 se ubica a lo largo de la abrazadera, el eje global 2 es vertical y el eje global 3 se ubica en la dirección del espesor (Fig. 37).

4. DEFINIENDO LOS PASOS Y ESPECIFICANDO LAS SALIDAS REQUERIDAS (CONFIGURACIÓN DEL ANÁLISIS) Para la abrazadera del ejemplo, el análisis consistirá de 2 pasos: Un paso inicial, en el cual se aplicaran las condiciones de borde que restringen el extremo recto de la abrazadera. Un paso estático general, en el cual se aplica una presión en el orificio de la abrazadera. Definición de un paso

a. De la lista de módulos seleccionar Step para entrar al módulo de pasos.

b. De la barra de menú, seleccionar Step → Create ó de la caja de herramientas del

módulo activar para crear un paso del análisis.

c. En la caja de diálogo Create Step que aparece, nombrar al paso como Carga-

Abrazadera, aceptar el tipo de procedimiento, General y desde la lista de opciones de procedimientos disponibles, aceptar Static, General, tal y como se muestra en la Fig. 38. Hacer clic en Continue.

Fig.37. Ensamblaje del modelo (abrazadera)

Fig. 38. Caja de dialogo Create Step

112


d. En el cuadro de diálogo Edit Step que aparece, introducir la siguiente descripción del paso: Presión en el orificio de la abrazadera (Fig.39). Aceptar las opciones por defecto y hacer clic en OK.

e. Especificar la data de salida que se desea tener escrita en el archivo de la base de

datos de salida. Por defecto, las salidas requeridas de campo (Field Output) e historia (History Output) son seleccionadas automáticamente por ABAQUS/CAE para cada tipo de procedimiento. Editar estas salidas de modo que solo los desplazamientos, esfuerzos y reacciones sean escritas como campo de datos en el archivo de la salida de base de datos.

Especificación de las salidas requeridas

a. En la barra del menú, seleccionar Output → Fíeld Output Request → Manager ó

usar de la caja de herramientas del módulo, la herramienta (que aparece al

lado del icono ).

b. En el Field Output Request Manager ó administrador del campo de salidas

requeridas que se despliega, (figura 40) seleccionar la celda etiquetada Created en la columna identificada como Carga-Abrazadera. La información en la parte inferior de la caja de diálogo indica qué campo de salidas requeridas preseleccionadas por defecto están hechas para este paso.

c. Revisar las salidas requeridas que aparecen por omisión y que ABAQUS/CAE

generara en la base de datos de salida para el paso estático general que es creado con el nombre de Carga-Abrazadera. Las categorías de las variables que son mostradas en el Field Output Request Manager serán las variables que se escriben en la base de datos de salida.

Fig. 39. Caja de dialogo Edit Step (Descripción del paso)

113


d. En el lado derecho del Manager, hacer clic sobre Edit para cambiar el campo de

salidas. e. En la caja de diálogo Edit Field Output Request (Editor del campo de salidas

requeridas) que aparece:

Hacer clic en la flecha (triangulito negro) al lado izquierdo de Stresses para mostrar la lista de salidas de esfuerzos disponibles. Aceptar la selección por defecto de las componentes e invariantes de esfuerzos.

De igual forma como se hizo para Stresses, en Forces/Reactions, requerir solo

las reacciones (seleccionada por defecto). Desactivando las salidas de fuerzas concentradas y momentos.

Desactivar Strains y Contact. Para ello, hacer clic sobre el cuadrito con el

símbolo Check (al lado derecho del triangulito negro).

Aceptar la salida por defecto Displacement/Velocity/Acceleration. El cuadro de diálogo deberá presentarse como se muestra en la Fig. 41.

Hacer clic en OK y en Dismiss para cerrar el Field Output Request Manager.

f. Suprimir toda la salida de historia. Seleccionar Output → History Output Request

→ Manager ó la herramienta (al lado de ) en la caja de herramientas del

módulo para acceder al History Output Request Manager.

Fig. 40. Field Output Request Manager

114


g. En el History Output Request Manager ó administrador de la historia de salidas

requeridas que aparece, seleccionar la celda etiquetada Created en la columna

identificada Carga-Abrazadera (si esta no estuviese seleccionada) (Fig. 42). En

la parte inferior de la Manager, hacer clic en Delete y luego en Yes (Fig. 43) en el

recuadro de advertencia que aparece.

h. Hacer clic en Dismiss para cerrar el History Output Request Manager.

Fig. 41. Caja de dialogo Edit Field Output Manager con las salidas requeridas

Fig. 42. History Output Request Manager ó administrador de la historia de salidas requeridas

115


5. PRESCRIBIENDO LAS CONDICIONES DE BORDE Y LAS CARGAS APLICADAS Una vez que se han definido los pasos en el análisis, se usa el módulo Load para definir las siguientes condiciones: Una condición de borde que restringe el extremo izquierdo de la abrazadera en las direcciones x, y, z; esta condición de borde es aplicada en el paso inicial. Una presión aplicada en la cara interior-inferior del orificio de la abrazadera. Esta carga será aplicada en el paso de análisis estático general. Prescribiendo las condiciones de borde

a. En la lista de módulos, seleccionar Load para entra al módulo de carga.

b. En la barra del menú, seleccionar BC → Create ó la herramienta de la caja

de herramientas del módulo para prescribir las condiciones de borde sobre el

modelo.

c. En la caja de diálogo Create Boundary Condition que aparece, nombrar la

condición de borde Empotramiento y seleccionar Initial como el paso en el cual esta será aplicada. Aceptar Mechanical como la categoría y Symmetry/ Antisymmetry/Encastre como el tipo, (Fig. 44). Hacer clic en Continue.

Fig. 43. Mensaje de advertencia en confirmación de eliminar o no la historia de salidas

Fig. 44. Caja de dialogo Create Boundary Condition

116


d. Se podrá necesitar rotar la vista para facilitar la selección en el siguiente paso.

Seleccionar View → Rotate de la barra de menú (o usar la herramienta de la

barra) y mover el cursor sobre el Trackball de la ventana hasta obtener la posición

deseada. La vista rota recíprocamente; intentar rotar el cursor dentro y fuera del

Trackball virtual para ver la diferencia en comportamiento.

e. Seleccionar el extremo izquierdo de la abrazadera (Fig. 45), usando el cursor.

f. Hacer clic en Done en el área de aviso cuando la región apropiada sea seleccionada. g. Activar la opción de ENCASTRE en el cuadro de diálogo Edit Boundary

Condition que aparece (Fig. 46). Hacer clic en OK para aplicar la condición de borde.

Fig. 45. Selección de la región a aplicar la condición de borde Empotramiento

Fig. 46. Cuadro de dialogo Edit Boundary Condition (activación de la condición ENCASTRE).

117


Las flechas que aparecen sobre la cara seleccionada, indicando los grados de libertad restringidos (Fig. 47). El ENCASTRE restringe todos los grados de libertad (estructurales) activos en la región especificada. Aplicando una carga de presión La abrazadera lleva una presión de 3500 N/cm2 distribuidos alrededor de la mitad inferior del orificio. Para aplicar la carga correctamente, la parte deberá primero ser particionada de modo que el orificio este compuesto de dos regiones: una mitad superior y una inferior.

a. Usar la herramienta Partition Cell: Define Cutting Plane para dividir la parte

en la mitad. La partición se puede acceder de otra forma: En la barra del menú,

seleccionar Tools → Partition. En el cuadro de diálogo Create Partition que

aparece, seleccionar Cell y Define Cutting Plane y hacer clic en OK.

b. En este caso, usar el método de tres puntos para definir el plano de corte. Este se

activa haciendo clic en la opción 3 Points que se muestra en el área de aviso. ‘

c. Cuando se esta listo para seleccionar un punto, ABAQUS/CAE resalta los puntos que pueden seleccionarse. En este modelo los puntos usados para definir el plano de corte son indicados en la Fig. 48.

Fig. 47. Restricción del extremo izquierdo-recto de la abrazadera bajo un ENCASTRE

Fig. 48. Selección de los 3 puntos que definen un plano de corte en la abrazadera

Puntos a seleccionar

118


Observe que en el área de aviso se va indicando que puntos, desde el 1 al 3, se ha de seleccionar y que con cada punto seleccionado, estos se resaltan. Es importante destacar que para la aplicación del método de los tres puntos, la selección de los mismos no deben ser colineales.

d. Hacer clic en Create Partition en el área de aviso luego de haber finalizado la selección de los puntos. Con ello se genera la partición requerida para la aplicación de la carga.

e. De la barra de menú, seleccionar Load → Create ó de la caja de herramientas del

módulo, usar la herramienta para crear la carga.

f. En la caja de diálogo Create Load que aparece, nombrar a la carga: Carga de

presion y seleccionar a Carga-abrazadera como el paso en el cual ella será aplicada. Seleccione Mechanical como la categoría y Pressure como el tipo, tal y como se observa en la Fig. 49. Hacer clic en Continue.

g. Seleccione las superficies asociadas con la mitad inferior del orificio usando el cursor (para seleccionar un objeto adicional, mover el cursor al objeto y teniendo presionado [Shift], hacer clic con botón izquierdo del ratón; y para deseleccionar (en caso de un error), mover el cursor al objeto y teniendo presionado [Crtl], hacer clic con botón izquierdo del ratón; las regiones son resaltadas como se observa en la Fig. 50. Se podrá necesitar alguna de las herramientas de vistas para facilitar dicha selección. Cuando la superficie apropiada es seleccionada, hacer clic en Done en el área de aviso.

Fig. 49. Caja de dialogo Create Load (Nombramiento de la carga, y definición del paso de aplicación y de la categoría y el tipo)

119


h. La caja de diálogo Edit Load aparece. Escribir 3500 en el campo de texto

Magnitude como el valor de la presión a aplicar en las regiones seleccionadas y dejar las opciones Distribution y Amplitude que aparecen por defecto; tal y como se ve en la Fig. 51. Hacer clic en OK para aplicar la carga.

Las flechas que aparecen sobre los nodos de las regiones indican la carga aplicada (Fig. 52).

Fig. 50. Selección de las regiones a aplicar la carga de presión especificada

Fig. 51. Caja de dialogo Edit Load

Fig. 52. Aplicación de una carga de presión en la mitad inferior (interna) del orificio de la abrazadera

Aplicación de la Carga

120


6. DEFINIENDO LA MALLA: PARTICIONANDO LA PARTE Y CREANDO LA MALLA Para mallar la abrazadera se recomienda seguir los pasos que a continuación se presentan:

1. Verificar que el ensamblaje puede ser mallado y crear particiones adicionales donde sea necesario.

2. Asignar atributos del mallado al modelo. 3. Dividir la única instancia que hay (Asignar el tamaño a los elementos). 4. Mallar el modelo.

Particionando la abrazadera

a. En la lista de módulos, hacer clic en Mesh para entrar en el módulo de mallado. b. ABAQUS/CAE muestra la abrazadera en color anaranjado (Fig.53), indicando que

con el conjunto por defecto de controles de mallado, una malla hexaédrica, no puede ser creada. Por lo que particiones adicionales son requeridas para permitir un mallado estructurado (Structured). Particionar la abrazadera verticalmente definiendo un plano de corte por tres puntos (usar [Shift] + Clic para seleccionar ambas regiones simultáneamente).

c. De la caja de herramientas del módulo, hacer clic en ó en la barra del menú,

seleccionar Tools → Partition + Cell (Type) / Defining Cutting Plane (Method)

+ OK en la caja de diálogo Created Partition que aparece para hacer la división

vertical.

Fig. 53. El color anaranjado indica que una región no puede ser mallada usando la forma del elemento asignada por defecto y que debe ser particionada nuevamente

121


d. Primero, seleccionar toda la abrazadera usando el cursor. Al momento de seleccionarse deberá resaltar la misma tal y como se muestra en la Fig. 54.

e. Hacer clic en Done en el área de aviso.

f. Seleccionar 3 Points en el área de aviso.

g. Seleccionar los tres puntos, que se muestran en la Fig. 55, para definir el plano de

corte.

h. Hacer clic en Create Partition, para generar la partición de la abrazadera verticalmente.

i. Luego del procedimiento anterior, nuestro modelo se debe presentar tal y como se

muestra en la Fig. 56.

Fig.54. Selección de la abrazadera

Fig.55. Selección de los tres puntos que definen el plano de corte vertical

3 puntos a seleccionar

122


Obsérvese que la Base de la abrazadera aparece en color verde. Esto indica que en esa región ya se puede usar un mallado estructurado. Las alas lucen en amarillo, indicando que la malla que es posible utilizar en ellas, es a través del método de barrido ó Sweep. Para lograr cumplir un total mallado estructurado en la abrazadera, se requiere seguir particionando, la región de las alas. Al aplicar el procedimiento anterior, la abrazadera queda ahora dividida en 6 celdas ó partes como lo indica la Fig. 56. Ahora se necesita dividir cada una de las 4 celdas alrededor del orificio de la abrazadera. Para hacer esto se debe seleccionar dichas celdas para hacer una partición que estará definida por un plano y-z que pasa por el centro del orificio.

j. Siguiendo el mismo procedimiento aplicado anteriormente para particionar verticalmente la abrazadera. Iniciamos, sin salir aun de la herramienta (obsérvese que en el área de aviso deberá aparecer el mensaje de seleccionar las celdas ó partes a particionar), seleccionando las 4 celdas que integran el ala (Fig. 57). Los puntos a definir el plano y-z se muestran en la Fig. 58.

Fig.56. Primera partición de la abrazadera (vertical)

Fig. 57. Selección de las 4 celdas, que conforman el ala, a particionar

123


Al aplicar la partición anterior, la abrazadera debe quedar dividida como se ve en la Fig. 59.

k. En este paso se crearan particiones diagonales en las celdas internas del ala, aplicando el método de los tres puntos (3 Points). Las divisiones de dichas celdas, para el ala, se harán de la siguiente manera:

Celdas superiores-internas: usando un plano diagonal que pasa por dos puntos

que se muestran en la Fig. 60.

\

Fig.58. Selección de los tres puntos que definen el plano de corte vertical en el ala


Fig. 59. Segunda partición de la abrazadera (vertical en el ala)

3 puntos

Celdas

Fig. 60. Selección de las celdas superiores-internas a particionar y los puntos que definirán el plano de corte.

124


Celdas inferiores-internas (Fig.61): usando un plano diagonal que pasa por dos puntos ubicados en el centro del orificio y otro en el vértice inferior izquierdo.

Al final de este procedimiento el modelo queda dividido como se muestra en la figura 62. Ahora se deben hacer particiones de la Base con planos en x-y de forma que genere una división de ella en 3 partes. Los dos planos a utilizar para crear la partición, deberán coincidir con los anchos de alas. Los puntos seleccionados para crear las particiones se muestran a continuación en las figuras 63 y 64. El método de partición seguirá siendo el de tres puntos (3 Points).


Celdas inferiores internas

Fig. 61. Selección de las celdas inferiores-internas a particionar y los puntos que definirán el plano de corte.

Fig. 62. Tercera y cuarta partición de la abrazadera (Diagonales en el ala)

125


Se podrá necesitar rotar las vistas para facilitar la selección de las celdas en el proceso de

partición. Seleccionar View → Rotate del menú de barras ó usar la herramienta

Finalmente, después de hacer las divisiones necesarias el modelo queda como se ve en la

siguiente figura (Fig. 65).

Fig. 63. Selección de los puntos que definen el primer plano de corte en la base

Base a particionar


Fig. 64. Selección de los puntos que definen el segundo plano de corte en la base

Base a particionar


Fig. 65. Partición definitiva de la abrazadera

126


Asignación del tipo de elemento

a. En la barra del menú, seleccionar Mesh → Element Type ó de la caja de

herramientas, hacer clic en .

b. Seleccionar toda la abrazadera y pulsar Done en el área de aviso.

c. En el cuadro de diálogo Element Type que aparece, aceptar las siguientes

selecciones por omisión:

Standard (en Element Library).

Quadratic (en Geometry Order), y

3D Stress (en Family).

d. En la lengüeta Hex, seleccionar Reduced Integration, en caso de que no este seleccionado por omisión. Una descripción del tipo de elemento C3D20R deberá aparecer en el cuadro de diálogo (Fig. 66).

e. Hacer clic en OK para asignar el tipo de elemento y para cerrar el cuadro de diálogo. Pulsar Done en el área de aviso.

Creación de la malla El proceso de mallado consiste en una operación de dos pasos: primero se deben dividir los bordes de las partes según el tamaño ó el número de elementos que se requiere en ellos, entonces ABAQUS/CAE coloca los nodos del mallado en los vértices de las divisiones.

a. En la barra del menú, seleccionar Seed → Edge By Number Seguir las instrucciones que aparecen en el área de aviso. En este caso seleccionar los bordes de celdas ó partes del modelo a los que se aplicará el “Seed” ó la división.

Fig. 66. Cuadro de dialogo Element Type (Selección del elemento C3D20R)

127


Seleccionar los bordes que se muestran en la siguiente figura (Fig. 67) y pulsar Done.

b. En el área de aviso aparecerá un mensaje en el que se debe asignar el número de elementos por borde. Seleccionar 4 elementos por borde (Fig. 68) y presionar [Enter].

c. Aplicar el mismo procedimiento para dividir respectivamente, en 6 y 8 elementos los bordes que se indican en las siguientes figuras (Fig. 69 y 70).

Fig. 67. Selección (en rojo) de los bordes a dividir

Fig. 68. Mensaje del área de aviso (Introducción del Nº de elementos a colocar sobre los bordes seleccionados)

Fig. 69. Selección (en rojo) de bordes a dividir

128


d. Dividir lateralmente cada borde (Fig. 71) en un elemento finito.

e. Una vez que se han realizado las divisiones de los lados y se este conforme con

ellas, entonces de la barra de menú principal, seleccionar Mesh Instance (ó usar

la herramienta ). Hacer Clic en Yes en el área de aviso para mallar la parte

instada.

A continuación se muestra el resultado de los pasos anteriores (Fig. 72).

Fig. 70. Selección (en rojo) de bordes a dividir en 8

Fig. 71. Selección (en rojo) de bordes para la división lateral

Fig. 72. Mallado de resultante

129


Creando un Job (Trabajo) Una vez configurado el análisis, se debe abrir el módulo Job para crear un trabajo asociado con el modelo y para someterlo al análisis.

1. En la lista de módulos (localizada bajo de la barra de herramientas), hacer clic sobre Job para entrar al módulo de trabajo.

2. En la barra del menú principal, seleccionar Job → Create (ó usar de la caja de

herramientas el icono ) para crear un trabajo.

3. En la caja de diálogo Create Job que aparece, nombrar el trabajo ó Job:

Abrazadera (Fig. 73) y hacer clic en Continue.

4. En el cuadro de diálogo Edit Job que aparece, introducir la siguiente descripción: Análisis elástico lineal en la abrazadera de acero. Dejar activas las selecciones por defecto (Fig. 74) y hacer clic en OK.

Fig. 73. Caja de dialogo Create Job.

Fig. 74. Caja de dialogo Edit Job.

130


5. Seleccionar en la barra de menú principal Job → Manager ó usar de la caja de

herramienta: , para acceder al administrador de tareas.

6. Cuando la caja de diálogo Job Manager (administrador de tareas) aparece, hacia el

lado derecho hacer clic en Submit para que el archivo de entrada (*.inp) sea creado y este después sea sometido al análisis.

7. Al oprimir Submit aparece el siguiente mensaje de advertencia (Fig. 75):

Ya que una salida de historia no es requerida, seleccionamos Yes para continuar la creación del archivo de entrada. En el área de avisos se indicara la creación del archivo (Fig. 76).

8. En el Job Manager presionar Submit para iniciar el análisis. Puede darse el caso de que aparezca el mensaje que muestra la Fig. 77.

Para este ejemplo, se hará clic en OK. ABAQUS/CAE hará de nuevo la advertencia del no requerimiento de una salida de historia a través del siguiente mensaje (Fig.78). Hacer clic en Yes para continuar la ejecución del trabajo.

Fig. 75. Mensaje de advertencia

Fig. 76. Indicación en el área de aviso de la creación del archivo .inp

Fig. 77. Mensaje de sobreescritura del archivo

Fig.78. Mensaje de advertencia

131


Cuando el trabajo se completa exitosamente, aparece en la columna de Status del Job Manager el mensaje Completed (Fig. 79).

y en el área de aviso se hará referencia igualmente a ello (Fig. 80). 7. VISUALIZACION DE RESULTADOS Cuando el ABAQUS/CAE abre una base de datos, se despliega en la pantalla una representación del modelo sin deformaciones. Para este ejemplo, se visualizara la deformada y los gráficos del contorno de esfuerzos de Von Mises, las componentes de los tensores de esfuerzos, S11 y del tensor de deformaciones, E12. Para entrar al módulo de visualización, de la lista de módulos seleccionar Visualization ó desde el Job Manager se puede acceder directamente oprimiendo Result.

a) En la barra del menú principal, seleccionar Plot → Deformed Shape (ó usar la

herramienta ) para ver el modelo deformado (Fig. 81).

Fig. 79. Cuadro de dialogo Job Manager. Indicación de completación del trabajo.

Fig. 80. Área de aviso. Indicación de completación del trabajo.

Fig. 81. Modelo deformado

132


b) En la barra del menú principal, seleccionar Plot Contour (ó usar de la caja de

herramientas del módulo: ) para ver los esfuerzos de Von Mises (Fig 82).

Para visualizar los esfuerzos normales en la dirección 1 (S11):

1) En la barra del menú principal seleccionar Result → Field Output.

2) El cuadro de diálogo Field Output aparece. En Primary Variable (donde aparecen las variables requeridas en la salida), en el cuadro Output variable activar S (Stress components at integration point) y en el Invariant y Component, Mises y S11, respectivamente.

Fig. 83. Caja de dialogo Field Output.

Fig. 82. Contorno de esfuerzos de Von Misses

133


En la siguiente figura (Fig. 84) se muestran los esfuerzos generados en la dirección 1 de la abrazadera de acero. Para visualizar la componente RF2 de la fuerza de reacción (en nodos):

A. En la barra del menú principal seleccionar Result → Field Output. El mismo cuadro de diálogo Field Output aparece. Pero ahora en Primary Variable (donde aparecen las variables requeridas en la salida), en el cuadro Output variable activar RF (Reaction forces at nodes) y en el Invariant y Component, Magnitude y RF2, respectivamente.

Fig. 84. Contorno de esfuerzos generados en la dirección 1

Fig. 85. Contorno de la componente RF2 de la fuerza de reacción

134


EJEMPLO Nº 4

ANALISIS DE UN PORTICO DE CONCRETO ARMADO USANDO EL PROGRAMA PORTAL DE PORTICOS

Se realizará un análisis estático para obtener la Curva de Capacidad de un pórtico de dos niveles y un tramo sometido a una historia de desplazamientos en el Tope. Viga 25x30

Columna 30x30

Fig. 1. Características del pórtico a analizar.

Vigas: 25x30 Columnas: 30x30 Elementos Nodos

65

43

21

3.0 m

2.5 m

2.5 m

1

2

3

4 5

6 7

δ

Asi - = 5.70 cm2

Asi+ = 5.70 cm2

3.93 cm. 3.93 cm.

2 φ 3/4”en (i = j)

Asi - = 8.55 cm2

As1_i = 5.70 cm2

Asi+ = 8.55 cm2

3.93 cm. 15.0 cm.

3.93 cm.

8 φ 3/4”en (i = j) Longitud del estribo 240 cm.

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MÓDULO PREPROCESADOR 1. GEOMETRIA En la Pestaña Geometría se introducen los valores correspondientes a los niveles y tramos del pórtico con sus respectivas longitudes, además se crean las distintas secciones transversales de las vigas y columnas, así como los elementos ficticios del mismo. Los valores a introducir en cada uno de los cuadros de diálogo de la pestaña Geometría son: Número de Niveles: 2 Nivel 1: 2.50 m Nivel 2: 2.50 m Número de tramos: 1 Tramo 1-2: 3.0 m Número de secciones: 2 S1: B (cm) = 25 H (cm) = 30 S2: B (cm) = 30 H (cm) = 30 Elementos ficticios: Elemento 1

Fig. 2. Pestaña Geometría.

2. GRAFICO En la Pestaña Gráfico se observa la geometría del pórtico definida anteriormente.

Fig. 3. Pestaña Grafico.

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3. PASOS En la opción Pasos se definen las características de todos los pasos en los cuales se realizará el análisis del pórtico. Para este ejemplo se crean 29 pasos estáticos. En el Paso 1 (step 1) se impondrá la carga vertical distribuida en las vigas del pórtico. En los pasos restantes (step 2 – step 29) se impondrán los desplazamientos en el tope del pórtico. El sistema tiene un paso definido por defecto (step1) con las siguientes características:

Descripción del paso: en el cual el usuario puede asignar un nombre al paso para identificarlo.

Incremento Inicial: 1. Duración del Paso: 1. Incremento Mínimo: 5.0E-5. Incremento Máximo: 1.

Frecuencia: 1. Con la opción Editar, se introduce un nombre al step 1 para identificarlo como el paso donde se impondrá la carga distribuida a las vigas del pórtico.

Fig. 4. Pestaña Pasos y selección de la opción Editar para el primer Step. Con la opción Nuevo se crean los pasos necesarios para aplicar la historia de desplazamientos al pórtico. Para este ejemplo se impondrán 28 desplazamientos, uno en cada paso, los valores correspondientes a los desplazamientos para cada Step se muestran en la tabla 1. Con la opción Editar se cambia la descripción de cada uno de los pasos. La duración del paso de los step 2 – step 15 para este ejemplo será 10, a partir del paso 16 hasta el 28 las cargas tendrán una duración del paso de 20 y las descargas de 10. El paso 29 tendrá una duración del paso de 5.

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Fig. 5. Pestaña Pasos, modificación de la duración del paso para cada Step.

4. NODOS En la pestaña Nodos se crean los grupos de nodos a los cuales se impondrán las condiciones de borde y las solicitaciones. En el cuadro de diálogo Conjunto de nodos se selecciona lo siguiente:

Conjunto de nodos: 2 Conjunto 1; Nombre: Apoyos; Nodos: 1, 2 Conjunto 2; Nombre: Tope; Nodo: 5 En el conjunto de nodos Apoyos se impondrá el tipo de soporte 1, lo que indica que los nodos de la base están empotrados.

Fig. 6. Agrupación de los nodos en conjuntos.

En el conjunto de nodo Tope (nodo 5) se impondrá la historia de desplazamientos monotónica. En la opción Solicitaciones se escoge el conjunto de nodo creado anteriormente, se indica la dirección de aplicación del desplazamiento (en este ejemplo se imponen desplazamientos horizontales (dirección 1)), el paso para cada desplazamiento y finalmente la magnitud del mismo.

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Fig. 7. Desplazamientos aplicados al conjunto de nodos denominado Tope.

La Historia de Desplazamientos a imponer es la siguiente:

Step Desplazamiento (cm) Step Desplazamiento (cm) 2 0.25 16 24.00 3 0.13 17 19.28 4 1.70 18 31.00 5 0.50 19 25.52 6 3.50 20 38.00 7 0.91 21 31.50 8 6.90 22 46.00 9 3.98 23 38.15

10 10.70 24 52.00 11 7.35 25 45.00 12 15.25 26 60.00 13 11.44 27 54.00 14 17.50 28 66.00 15 13.47 29 60.00

Tabla 1. Historia de desplazamientos.

5. ELEMENTOS En la pestaña de Elementos se agrupan todas las vigas y columnas del pórtico y se definen las cargas impuestas sobre los elementos, las masas y las áreas de acero transversal y longitudinal para cada uno de los grupos de elementos del pórtico, por lo tanto, el primer paso a realizar es crear los conjuntos de elementos sobre los cuales se asignaran las caracteristicas descritas anteriormente.

139


En el cuadro de diálogo Conjunto de elementos se asignan las secciones definidas en la pestaña geometría a los conjuntos de elementos formados, los cuales deben tener las mismas caracteristicas geometricas, cargas y cantidades de acero. En el cuadro de diálogo Cargas en los elementos se colocan las cargas distribuidas sobre las vigas del pórtico, las cuales incluyen la reacción máxima de la losa + tabiquería. En el cuadro de diálogo Masas se asignan las masas a cada conjunto. Las masas para las vigas se calculan tomando en cuenta el peso propio de las mismas más el peso debido a la carga distribuida. Para las columnas se toma en cuenta el peso propio. En la opción Conjunto de elementos se asigna lo siguiente:

Conjunto de elementos: 2 Conjunto 1; Elementos: 2, 3 Sección: S1 Conjunto 2; Elementos: 4, 5, 6, 7 Sección: S2 En la opción Cargas en los elementos se imponen las siguientes cargas: Cargas distribuidas: 1

Conjunto 1; Dirección: 2 Magnitud = 0.015 tn/cm. Pasos: Step1. En la opción Masas se imponen el siguiente valor: Masas

Conjunto 1; Magnitud = 0.0052 tn*seg/cm2. Conjunto 2; Magnitud = 5.73e-4 tn*seg/cm2.

Fig. 8. Pestaña Elementos. En la opción Acero transversal se asignan los siguientes valores para el conjunto 1 y 2: Aceros transversales

Conjunto 1 y 2; rh = 2.5cm; rv = 2.5cm; dE = 0.9525cm; s = 10.0cm En la opción Estribos se asignan los siguientes valores: Estribos

Conjunto 1; Tipo = A; Rx = 2; Ry = 2; L = 0cm Conjunto 2; Tipo = B; Rx = 0; Ry = 0; L = 240.0cm

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Fig. 9. Cuadro de diálogo “Aceros transversales y Estribos”.

En la opción Acero longitudinal se asignan los siguientes valores, los cuales son iguales para el acero longitudinal i y j:

En el cuadro de diálogo Área (cm2):

Conjunto Capa Asi- As1 As2 As3 As4 As5 Asi+ 1 2 5.70 0 0 0 0 0 5.70 2 3 8.55 5.70 0 0 0 0 8.55

En el cuadro de diálogo Distancia (cm):

Conjunto Capa Reci- d1_i d2_i d3_i d4_i d5_i Reci-

1 2 3.93 0 0 0 0 0 3.93 2 3 3.93 15.0 0 0 0 0 3.93

Fig. 10. Cuadro de diálogo “Aceros longitudinales”.

141


6. MATERIALES En la Pestaña de Materiales se definen las propiedades del concreto y el acero

Concreto:

Resistencia del concreto: 210 Kg/cm2 Deformación máxima del concreto: 0.0018 Deformación última del concreto no confinado: 0.003 Opción de diseño: Confinado Tasa de Deformación: baja Módulo de Elasticidad del concreto: 200000 Kg/cm2 Deformación última del concreto confinado: 0.008

Acero: Deformación máxima: 0.03Deformación de cedencia del acero: 0.0022

Deformación al final de la cedencia: 0.010 Esfuerzo de fluencia: 6350 Kg/cm2 Esfuerzo último del acero: 4200 kg/cm2 Esfuerzo de fluencia del acero del refuerzo transversal: 4200 Kg/cm2

Fig. 11. Pestaña Materiales.

7. DIAGRAMAS DE INTERACCION En la Pestaña Diagramas de Interacción se grafican los diagramas correspondientes al momento de agrietamiento, momento plástico y momento último versus la carga axial para cada conjunto de elementos creado. En los botones del menú principal se selecciona el botón Diagrama de interacción con el cual se calcularan los diagramas para cada conjunto.

142


Fig. 12. Pestaña de Diagramas de Interacción. 8. CREACION DEL ARCHIVO DE DATOS Una vez generados los diagramas de interacción se crea el archivo de entrada (.inp) el cual será almacenado en la máquina local del usuario.

Fig. 13. Creación del Archivo de datos con extensión .INP

9. ALMACENAMIENTO DEL ARCHIVO DE DATOS Con la opción Archivo que se encuentra en la barra derecha de la pantalla, se almacena el archivo inp en la cuenta del usuario en el servidor para luego ser procesador por el programa de elementos finito.

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Fig. 14. Almacenamiento del archivo de datos en la cuenta del servidor. MÓDULO PROCESADOR 10. ANÁLISIS DEL MODELO En el módulo Procesador se selecciona el archivo inp creado anteriormente en el preprocesador para ser analizado.

Fig. 15. Módulo Procesador. Una vez que el proceso de análisis haya terminado se procede a observar el comportamiento del pórtico debido a la historia de desplazamientos impuesta en el tope del mismo.

144


MÓDULO POSTPROCESADOR 11. VISUALIZACIÓN DE RESULTADOS El módulo Postprocesador permite mostrar al usuario por medio de gráficos, distribuciones y animaciones el comportamiento de la estructura. En el módulo procesador se selecciona la opción Graficas y dentro de ella Graficador para obtener la “Curva de Capacidad del pórtico, graficando el desplazamiento u1 vs. la fuerza de reacción rf1 en el nodo del tope (nodo 5). La opción Graficador permite realizar graficas de variables contra variables tanto para nodos como para elementos. En el cuadro de diálogo del Graficador seleccionar: Examinar

Se selecciona el archivo de resultados con extensión (Fin). Variables: Nodos Componente X: U1 (cm). Componente Y: rf1 (ton) Clic en Agregar. Graficas: Nodo/Elemento: Seleccionar el nodo 5

Fig. 16. Cuadro de diálogo de la opción Graficador.

Seleccionar la opción Graficas en la parte inferior del cuadro para obtener la curva de comportamiento del pórtico. La grafica puede ser guardada en la maquina local del usuario a través de la opción Guardar, los valores con los cuales se graficó pueden ser editados y guardados para su posterior uso. La grafica resultante es la siguiente:

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Fig. 17. Curva de comportamiento del pórtico.

El mapa de daño es obtenido seleccionando de la opción Graficas la opción Mapa de daño, la cual permite mostrar gráficamente la distribución de daño del pórtico producto de la solicitación aplicada, observando que las vigas sufrieron daños de hasta 0.81. Para dibujar el mapa de daño se selecciona primero Carga pórtico nuevo y luego Dibujar mapa de daño.

Fig. 18. Mapa de daño del pórtico.

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