Páginas:
288
Edición:
1
Fecha de publicación:
10/10/2008
ISBN:
9788426715241
Formato:
17x24 cms

CATIA V5 Analisis y Diseño de Piezas de Maquinas

28,00 26,59
28,00 26,59
Elementos Finitos

Cuando hemos dibujado una pieza empleando los módulos Part Design, Wireframe & Surface Design y Assembly Designcon el programa CATIA V5 ( Computer Aided Three-Dimensional Interactive) no sabemos con certeza qué va a ocurrir con nuestro modelo inicial de diseño. Nos preguntamos si este modelo previo cumplirá con las especificaciones técnicas requeridas para el uso que nos hemos planteado. Una vez diseñada y producida la pieza ¨resistirá la acción de las cargas aplicadas y condiciones de trabajo a las que se encontrará sometida cuando la sometamos al uso? Estas y muchas otras inquietudes nos surgen una vez hemos terminado nuestro diseño gráfico en 3D.

El objetivo de este libro es proporcionar a todos los diseñadores que trabajan con CATIA V5 la posibilidad de analizar, simular y calcular piezas de maquinaria en general ” GPS Generative Part Structural Analysis” y grupo de piezas (montajes) ” GAS Generative Assembly Struc tural Analysis”, empleando el método de los elementos finitos MEF (o FEM ” Finite Element Method”, como se le conoce en inglés).

El FEM se ha convertido en el método estándar más usado actualmente para la simulación numérica.

CATIA V5 es uno de los mejores y más utilizados programas de diseño gráfico en 3D (CAD/CAM/CAE) y uno de los principales en el análisis en CAX-System. Este programa proporciona al diseñador de máquinas, un ambiente de trabajo y una serie de tareas prácticas de cálculo que le permite profundizar en las diversas plataformas de diseño de manera rápida y eficiente.
[INDICE]
Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xv
Capítulo 1 – Inicio con CATIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1 Ventana de bienvenida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.1 Entorno de CATIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2.1 Barra de menús . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2.2 Árbol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2.3 Barra de herramientas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2.4 Planos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.2.5 Compás . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Capítulo 2 – Elementos finitos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.1 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2 Aplicación del método de elementos finitos (MEF) . . . . . . . . . . . . . 8
Capítulo 3 – Escoger material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
3.1 Nuevos materiales en la biblioteca de materiales . . . . . . . . . . . . . . . 9
3.2 Crear nuevos grupos de materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.2.1 Pestaña Feature Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.2.2 Pestaña Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.2.3 Pestaña Drawing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.2.4 Pestaña Rendering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.2.5 Pestaña Inheritance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Capítulo 4 – El módulo GPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
4.1 Definiendo el análisis con el MEF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
4.2 Ejemplo representativo empleando el módulo GPS . . . . . . . . . . . . . 23
4.3 Análisis por el MEF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4.3.1 Primeros pasos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4.3.2 Definiendo cargas y condiciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.3.3 Análisis de resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4.3.4 Representación de resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
4.3.5 Nueva representación de resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
4.4 Configuración de del módulo GPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.4.1 Pestaña External Storage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.4.2 Pestaña General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
4.4.3 Pestaña Quality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
4.4.4 Pestaña Graphics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
4.4.5 Pestaña Post Processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
4.4.6 Pestaña Reporting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
4.5 Cambio de unidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Capítulo 5 – Condiciones de frontera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
5.1 Sistema de coordenadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
5.1.1 Sistema de coordenadas global . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
5.1.2 Sistema de coordenadas implícito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
5.1.2.1 El Sistema implícito de coordenadas cartesianas . 39
5.1.2.2 Sistema implícito de coordenadas cilíndricas . . . . 40
5.1.3 Sistema de coordenadas definidos por el usuario . . . . . . . . 40
5.2 Barra de herramientas Restraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
5.2.1 Herramienta Clampps (Empotramiento fijo) . . . . . . . . . . . . . . 41
5.2.2 Herramienta Surface Sliders (Superficies deslizables) . . . . . . 41
5.2.3 Herramienta User-ddefined Restraints (Restricciones definidas por el usuario) . .. 43
5.3 Barra de herramientas Advanced Restrains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
5.3.1 Herramienta Iso-static Restraints (Restricciones y condiciones Isostáticas) . .. 46
5.4 Barra de herramientas Mechanical Restraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
5.4.1 Herramienta Slider (Cojinete con apoyo libre) . . . . . . . . . . . . 47
5.4.2 Herramienta Sliding Pivots (Cojinete radial con apoyo libre) . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 48
5.4.3 Herramienta Ball Joins (Articulación esférica) . . . . . . . . . . . . 49
5.4.4 Herramienta Pivots (Pivote) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
5.5 Elementos virtuales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
5.5.1 Rigid Virtual Parts (Elemento virtual rígido) . . . . . . . . . . . . . 52
5.5.2 Smooth Virtual Parts (Elemento virtual móvil o desplazable) . . . .. . 53
5.5.3 Contact Virtual Parts (Elemento virtual de contacto) . . . . . . . 54
5.5.4 Rigid Spring Virtual Parts (Elemento virtual de resorte fijo) . . . . . . . . . .. . . . . . . 56
5.5.5 Spring Smooth Virtual Parts (Elemento virtual de resorte móvil) .. . . . . . . 58
5.5.6 Herramienta Periodicity Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
Capítulo 6 – Definición de la aplicación de cargas . . . . . . . . . . . . . . . 61
6.1 Barra de herramientas LOADS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
6.1.1 Herramienta Pressure (Presión) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
6.1.2 Herramienta Enforced Displacement
(Desplazamiento forzado) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
6.2 Sub – barra de herramientas FORCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
6.2.1 Herramienta Distribuited Force (Carga distribuida) . . . . . . . . 66
6.2.2 Herramienta Moment (Momento) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
6.2.3 Herramienta Bearing Load (Carga de soporte en cojinetes) . 69
6.2.4 Herramienta Importing Force (Carga importada) . . . . . . . . . . 70
6.2.5 Herramienta Importing Moments (Importación de Momentos) . . . . 72
6.3 Sub – barra de herramientas BODY MOTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
6.3.1 Herramienta Acceleration (Fuerza de gravedad) . . . . . . . . . . 73
6.3.2 Herramienta Rotation Force (Fuerza producida en la Rotación) .. . . 74
6.4 Sub – barra de herramientas FORCE DENSITIES . . . . . . . . . . . . . . . 75
6.4.1 Herramienta Line Force Density (Carga aplicada en una línea de acción). . . 75
6.4.2 Herramienta Surface Force Density (Carga aplicada en la superficie) . . . . . .. 77
6.4.3 Herramienta Volume Force Density (Carga en Sólidos) . . . . . 75
6.4.4 Herramienta Force Density (Densidad de carga) . . . . . . . . . 79
6.5 Sub – barra de herramientas TEMPERATURE . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
6.5.1 Herramienta Temperature Field (Campo de Temperatura) . . 80
6.5.2 Herramienta Temperature Field from Thermal Solution . . . . . . 82
6.6 Sub – barra de herramientas ADVANCED LOADS . . . . . . . . . . . . . . 83
6.6.1 Herramienta Assembled Loads (Cargas de montaje) . . . . . . . . 84
6.6.2 Herramienta Combined Loads (Cargas combinadas) . . . . . . . 85
6.7 Generación de cargas adicionales de masa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
6.7.1 Distributed Mass (Simulación de distribución de masas) . . . 86
6.7.2 Line Mass Ditributed (Masa distribuida en una línea) . . . . . . 87
6.7.3 Surface Mass Distributed (Masa distribuida en una superficie). . . . . . . 88
6.7.4 Distributed Mass and Inertia (Distribución de masas e inercia). . . 88
6.7.5 Combined Masses (Simulación de carga de masas combinadas). . . 90
6.7.6 Assembled Masses (Simulación de carga de masas ensambladas). . . . . . 90
Capítulo 7 – Realizando los cálculos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
7.1 Primeros pasos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
7.2 Cómo y dónde guardar los CATAnalysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
7.3 Haciendo una malla más fina y nuevos cálculos . . . . . . . . . . . . . . . . 96
7.4 Refinando la malla . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
7.5 Métodos de cálculo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
7.5.1 Proceso Static Case (Análisis estático) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
7.5.2 Proceso Frequency Case (Análisis de frecuencia) . . . . . . . . . . 108
7.5.3 Proceso Buckling Case (Ondulación superficial) . . . . . . . . . . . 110
7.5.4 Proceso Combined Case (Análisis combinados) . . . . . . . . . . . . 111
7.5.5 Proceso Static Constrained Modes (Métodos estáticamente limitados) . . . . . . . 112
7.5.6 Proceso Preprocessing Case (Pretratamiento) . . . . . . . . . . . . . . 113
7.5.7 Proceso Solution Case (Solución) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
7.5.8 Proceso Envelop Case (Envolvente) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
7.5.9 Proceso Harmonic Dynamic Response Case . . . . . . . . . . . . . . . . 116
7.5.10 Proceso Transient Dynamic Response Case . . . . . . . . . . . . . . . . 121
Capítulo 8 – Evaluación gráfica de los resultados . . . . . . . . . . . . . . . 127
8.1 Herramienta Deformation (Deformación) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
8.2 Herramienta Von Mises Stress (Concentración de esfuerzos) . . . . . . 129
8.3 Herramienta Displacement (Evaluación gráfica de la deformación). . . . . . . . . . . . 133
8.4 Herramienta Principal stress (Máxima concentración de esfuerzos). . . . . . 135
8.5 Herramienta Precision (Estimación de error) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
8.6 Barra de herramientas ANALYSIS TOOLS (instrumentos para el análisis). . . . . . . . 141
8.6.1 Herramienta Cut Plane Analysis (Análisis de corte) . . . . . . . 141
8.6.2 Herramienta Animate (Animación) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
8.6.3 Herramienta Amplification Magnitude
(Factor de deformación) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
8.6.4 Herramienta Image Extrema (Visualizar
los valores máximos y mínimos) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
8.6.5 Herramienta Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
8.6.6 Herramienta Images Layout . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
8.6.7 Herramienta Simplified Representation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
8.7 Barra de herramientas ANALYSIS RESULTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
8.7.1 Herramienta Generate Report (Informe básico del análisis) . . 147
8.7.2 Herramienta Generate Advanced Report . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
8.7.3 Herramienta Historic of Computations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
8.7.4 Herramienta Elfini Solver Log (Listado del informe) . . . . . . . 149
8.8 SENSORS (Sensores) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
8.8.1 Global Sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
8.8.2 Local Sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
8.8.3 Load Sensor (sensor de cargas) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
8.8.4 Reaction Sensor (Sensor de reacción) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
Capítulo 9 – Cómputo de elementos de máquina ensamblados (GAS) 155
9.1 Condiciones en un ensamble . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
9.1.1 Herramienta General Analysis Connection
(Conexión general sin contacto de superficie) . . . . . . . . . . . . 157
9.1.2 Herramienta Point Analysis Connection . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
9.1.3 Herramienta Point Analysis Connection within one part . . . . . 159
9.1.4 Herramienta Line Analysis Connection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
9.1.5 Herramienta Line Analysis Connection within one part . . . . . . 160
9.1.6 Herramienta Surface Analysis Connection . . . . . . . . . . . . . . . . 161
9.1.7 Herramientas Points to Points Analysis Connection . . . . . . . . 161
9.1.8 Herramienta Point Analysis Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
9.2 Conexión entre dos piezas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
9.2.1 Slider Connection Property (Características de fijación entre piezas). . . 165
9.2.2 Contact Connection Property . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
9.2.3 Fastened Connection Property . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
9.2.4 Fastened spring connection Property . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
9.2.5 Herramienta Pressure Fitting Connection Property . . . . . . . . . 170
9.2.6 Herramienta Bolt Tightening Connection Property . . . . . . . . . . 171
9.2.7 Herramienta Riding Connection Property . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
9.2.8 Herramienta Smooth Connection Property . . . . . . . . . . . . . . . . 174
9.29 Herramienta Virtual Bolt Tightening Connection Property. . . . . . . . . 175
9.2.10 Herramienta Virtual Spring Bolt Tightening Connection Property. . . . . . . 177
9.2.11 Herramienta User-defined Distant Connection Property . . . . . 178
9.3 Uniones soldadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
9.3.1 Herramienta Sport Welding Connection Property . . . . . . . . . . . 179
9.3.2 Herramienta Seam Welding Connection Property . . . . . . . . . . . 181
9.3.3 Herramienta Surface Welding Connection Property . . . . . . 183
9.3.4 Herramienta Nodes to Nodes Connection Property . . . . . . . . . . 184
9.3.5 Herramienta Node Interface Property . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
Capítulo 10 – Tipos de elementos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
10.1 Elementos de una dimensión (1D) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
10.2 Elementos de dos dimensiones (2D) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
10.3 Elementos finitos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
10.3.1 Herramienta Octree Tetrahedron Mesher . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
10.3.2 Herramienta Beam Mesher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
10.3.3 Herramienta Octree Triangle Mesher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
10.4 Definiendo los elementos en 1D, 2D y 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
10.4.1 Herramienta 3D Property . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
10.4.2 Herramienta 2D Property . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
10.4.3 Herramienta 1D Property . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
10.4.3.1 User-defined-beam . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
10.4.3.2 Beam from surface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
10.4.3.3 Bar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
10.4.3.4 Variable beam . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
10.5 Superficies con elementos cuadrados
(QUADELEMET QD4 y QD8) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
10.5.1 Show Statistics Curves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
10.5.2 Show Quality Report . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
10.5.3 Analize an Element . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
10.5.4 Worst Elements Browser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
10.6 Elementos de tres dimensiones (3D) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
Capítulo 11 – Ejercicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
11.1 Diseño de una biela de bicicleta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
11.1.1 Análisis de resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
11.2 Sistema de transmisión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
11.2.1 Análisis del engranaje recto (piñón) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
11.2.1.1 Análisis de resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
11.2.2 Análisis del engranaje cónico recto . . . . . . . . . . . . . 228
11.2.2.1 Análisis de resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
11.2.3 Análisis del eje escalonado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233
11.2.3.1 Análisis de resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
11.2.4 Análisis del sistema completo (GAS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
11.2.4.1 Análisis de resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
11.3 Sistema de abrazadora para sostén de tuberías . . . . . . . . . . . . . . . . . 248
Bibliografía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265
[FIN INDICE]

A color
Páginas:
288
Edición:
1
Año Publicación:
10/10/2008 0:00:00
ISBN:
9788426715241
Formato:
17x24 cms
Colección

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