INSTITUTO TECNOLÓGICO DE OAXACA

CARRERA:INGENIERÍA MECÁNICA

MATERIA:

MODELADO Y SIMULACION

REPORTE DE SIMULACION

PRESENTA:

MANUEL LOPEZ MARIO ALFONSO

GRUPO: MA

HORA: 6:00 P.M - 8:00 P.M

PROFESOR:MC. REYES PABLO ABELINO

OAXACA DE JUÁREZ, OAX., DICIEMBRE DEL 2015

INTRODUCCION

La siguiente investigación que se presentara está basada principalmente en la realización y composición de una pieza mecánica. En este trabajo trabajaremos en la simulación de una pieza que puede tener a su vez muchos usos que veremos en la continuación del proyecto, trabajaremos con diversos materiales y cargas para poder determinar el mejor uso de la pieza elaborada.

Trabajamos porque es necesario encontrar el mejor rendimiento de la pieza, encontrando el material adecuado para soportar las cargas que durante su uso pueda llegar a utilizar y así mismo la pieza pueda resistir sin temor a que esta llegue a fallar durante su uso. El interés que nos lleva a realizar la investigación es para la manufactura y compra de la pieza propuesta, pasando los estándares de calidad.

Para realizar esta investigación utilizamos diversas fuentes de consulta, como lo son el manuales, catálogos e internet para la investigación de las características, costos, ventajas y desventajas del material empleado en la pieza, en este caso para la pieza propusimos el uso de 3 materiales que se verán en el transcurso del proyecto, también utilizamos un software en este caso NX 9.0 para poder modelar y simular nuestra pieza, basándonos de la misma manera en las teorías de falla por carga estática que son esenciales para determinar si nuestra pieza es apta para realizar un trabajo y soportar las diversas cargas que se puedan presentar.

En el trabajo que a continuación observaran se mostrara como la realización de nuestra simulación paso a paso hasta llegar al objetivo principal que es la obtención de nuestra pieza con el factor de seguridad adecuado para su uso.

MARCO TEORICO

Para este trabajo es importante conocer de qué manera nosotros podemos obtener datos, de donde vienen y las diferentes fórmulas que utilizaremos para determinar si nuestro material es un material confiable.

Utilizamos principalmente las teorías de falla por carga estática en esta encontramos.

LA TEORÍA DE LA ENERGÍA DE DISTORSIÓN PARA MATERIALES DÚCTILES.La teoría de la energía de deformación máxima predice que la falla por fluencia ocurre cuando la energía de deformación total por unidad de volumen alcanza o excede la energía de deformación por unidad de volumen correspondiente a la resistencia a la fluencia en tensión o en compresión del mismo material.

La teoría de la energía de distorsión se originó debido a que se comprobó que los materiales dúctiles sometidos a esfuerzos hidrostáticos presentan de tensión simple.

Puede considerarse como un esfuerzo simple, equivalente o efectivo del estado general total de esfuerzos dado por la suma de ro (1, 2,3). Por lo general este esfuerzo efectivo se llama esfuerzo de von Mises.

La manipulación matemática implicada en el desarrollo de la teoría de la energía de distorsión, a menudo tiende a oscurecerse el valor real y la utilidad del resultado. Las ecuaciones dadas indican que una situación de esfuerzos complejo se puede presentar por medio de un solo valor, el esfuerza de von Mises, el cual puede compararse con la resistencia a la fluencia del material. Esta ecuación se expresa como una ecuación de diseño mediante

σ 1=Syη

La teoría de la energía de distorsion no predice falla bajo presión hidrostática y concuerda con todos los datos del comportamiento ductil. Por lo consiguiente, es la teoría mas empleada para los materiales ductiles y se recomienda para los problemas de diseño.

OBJETIVO PRINCIPAL

Diseñar, modelar y simular una pieza mecánica a través del software NX 9.0 para poder analizar los resultados obtenidos y determinar si la pieza mecánica puede ser manufacturada.

Metodología

MATERIAL:

1.-

Para empezar a realizar el proyecto y obtener los resultados planteados en el objetivo principal tenemos que obtener nuestro modelo el cual con ayuda del programa NX 9.0 modelamos teniendo como resultado la figura mostrada.

La figura que se observa la vamos a utilizar en este caso para un soporte, esa será su utilización en este proyecto.

2.- Después de obtener el modelo adecuado procedemos a la parte de la simulación para eso seguimos los pasos

Primeramente abrimos el menú desplegable FILE y nos vamos a la opción de ALL APPLICATIONS y después seleccionamos la opción DESING SIMULATION.

3.-

posteriormente se nos abrirá una ventana en donde se muestra los archivos que se crearan para la simulación de la pieza

4.- Al momento de darle OK a la ventana anterior se mostrara la siguiente ventana que nos indica que se creara un archivo para la solución del análisis que se efectuará sobre la pieza

5.- Al darle OK a la ventana anterior nos llevara a la pantalla principal en donde se muestran las herramientas necesarias para la simulación de nuestra pieza

mecánica.

6.-Ahora nos ubicamos en la opción ASSIGN MATERIALS en la parte superior izquierda, y lo seleccionamos la cual nos abrirá el catálogo de materiales para asignarle a nuestra pieza.

7.- la siguiente ventana muestra una lista de materiales que pueden ser ocupados para la simulación de nuestra pieza. Para este caso el material que usaremos será

un acero nodular como se muestra en la imagen, para poder aplicar dicho material a nuestra pieza es necesario seleccionar la pieza por completo.

8.- Despues de haber seleccionado el matrerial debemos conocer un dato muy importante para el analisis de resultados que se van a obtener despues de la simulacion, este dato lo encontramos despues de seleccionar el material y la pieza en la opcion marcada con la letra “i” dentro de esta aparecera una ventana donde ubicaremos el valor de la resistencia a la fluencia en este caso para el material seleccionado ( iron_nodular) el valor de la resistencia ala fluencia sera igual a 250000mN/mm^2(kPa).

9.- Ahora nos ubicamos en la opción de 3D TETRAHEDRAL para enmalla nuestra pieza mecánica de esta manera podemos conocer la distribución de los esfuerzos.

10.- Enseguida definimos el tamaño de la malla para llegar a resultados más precisos en este caso utilizamos una malla de 2mm para nuestra piezas seleccionamos la pieza damos clik en ok y esperamos a que nuestro software

enmalle nuestro elemento.

La siguiente imagen muestra como nuestro elemento ha sido ya mallado.

11.- A continuacion haremos uso de la herramienta CONSTRAINT TYPE para delimitar la restriccion del movimiento de la pieza y despues hacemos clik en la opcion de fixed constraint que es la resticcion que utilizaremos en este caso.

12.- Después de haber seleccionado el tipo de restricción ahora seleccionamos la ubicación donde aplicaremos la restricción, en este caso será en la base de nuestra pieza.

13.- Posteriormente procedemos a aplicarle cargas de presion a la pieza para consecuentemente empezar con la simulacion, vamos ala opcion de LOAD TYPE para asi hacerlo y selecionamos PRESSURE.

14.- Aplicamos en nuestro material una carga de 1000 mN/mm^2(kpa) como se puede observar en la imagen, seleccionamos la parte superior por que alli se consentrara la presion.

15.- después de haber aplicado las restricciones y cargas correspondientes se procede a obtener los resultados de la simulación, seleccionando la opción SOLVE

16.- La imagen siguiente se puede observar el análisis que el ordenador está efectuando, esperamos a que el software termine de analizar todo y asi obtenemos los resultados.

17.- al termino del analisis que el ordenador realizo nos ubicamos en la opcion RESULTS, para que nos muestre los resultados del analisis.

18.- aparecera una lista con los analisis efectuados, el de nuestro interes sera dentro de la carpeta STRESS – ELEMENTAL en donde encontraremos el dato de nuestro interes

19.- Observaremos una serie de datos que nos aroja la carpeta STRESS ELEMENTAL el que tomaremos en cuenta sera el valor de VON-MISES MAX. En este caso el valor obtenido en nuestra pieza es de 1.45x10^5 mN/mm^2(kpa), el cual nos ayudara para determinar el factor de seguridad para esta pieza utilizando a su vez el valor de resistencia ala fluencia antes obtenido.

DESCRIPCIÓN DEL MATERIAL UTILIZADO (IRON_NODULAR)

El hierro dúctil o nodular se obtiene mediante la introducción controlada de magnesio en el hierro fundido, y bajas proporciones de azufre y fósforo. 

El resultado de este importantísimo cambio de estructura, es un hierro mucho más fuerte, resistente y elástico. . Resistencia a la compresión. . Aptitud al moldeo. . Resistencia a la abrasión. . Maquinabilidad. . Resistencia a la fatiga.

VENTAJAS Una de las ventajas más importantes que aporta este material es la reducción de peso en las piezas, lo que permite disminuir las cuadrillas de instalación y aligerar el transporte.

RESULTADOS OBTENIDOS DE NUESTRA SIMULACIÓN

En esta primera simulación de nuestra pieza utilizamos el material IRON_NODULAR material que anteriormente explicamos sus características obteniendo resultados y los siguientes datos:

Utilizamos primero la fórmula:

η= syσ i

Donde:

n= factor de seguridad del material

Sy= resistencia a la fluencia

σ I=¿ Von- mises

La primera variable que encontramos durante el proceso de simulación es “Sy” que en este caso tratándose del material IRON_NODULAR tiene un valor de 250000 mN/mm^2(kPa).

La segunda variable σ i la obtenemos al final de nuestra simulacion en la grafica que ante presentamos y para este material nos da un valor aproximado de 1.45x10^5 mN/mm^2(kpa)

Hay que recordar que a nuestra pieza le asignamos una carga de presión que fueron de 1000 mN/mm^2(kpa) esta valor nos ayudo para obtener el valor de Von –mises, y asi poder calcular nuestro factor de seguridad.

A su vez la malla utilizada en nuestra pieza es de 2mm. Esto nos ayuda a aproximarnos más a su valor real.

Con los datos mencionamos, sustituimos en la formula y obtenemos el siguente factor:

n= 250000mN /mm2(kPa) .1.45 x105mN /mm2(kpa)

= 1. 72413

Y determinamos conforme a la norma de calidad que nuestro material es un material confiable porque su factor de seguridad es 1.72413 y es mayor a 1.5.

MATERIAL ABS_GF1.- Ahora para la siguiente simulación utilizaremos un material clasificado como plástico el ABS_GF para así compararlo con el material antes utilizado y determinar cuál será el mejor para nuestro elemento.

NOTA: para este material nuevo utilizaremos las mismas condiciones antes utilizada en el iron_nodular como por ejemplo: la carga de presión será la misma de 1000 mN/mm^2(kpa), la malla igual sera de 2 mm para acercarnos de igual manera al resultado real, y las demas restripciones seran las mismas lo unico que va a variar es el material por lo tanto ocurrira un cambio en el factor de seguridad.

De igual manera que el material anterior vamos a seguir la misma metodologia.

2.- Despues de haber seleccionado el material vamos a la informacion de la librería para obtener el valor de la resistencia a la fluencia, para este material encontramos que su valor como se observa en la pantalla es de 75000mN/mm^2(kPa)

3.- Ya habiendo seleccionado el material y observando cual es el valor de la resistencia a la fluencia esperamos a que nuestro software termine de determinar los datos que necesitamos saber para la utilización de nuestro material.

3.- Posteriormente concluido el proceso, el resultado de nuestra simulacion fue la siguente grafica

4.- Y obtuvimos el siguiente resultado: Von-mises obtuvo el valor de 1.44x10^5 mN/mm^2(kpa) con ese valor procederemos a la obtención del factor de seguridad.

CARACTERISTICAS DEL MATERIAL UTILIZADO EN LA SIMULACION (ABS_GP):El acrilonitrilo butadieno estireno o ABS es un plástico muy resistente al impacto (golpes) muy utilizado en automoción y otros usos tanto industriales como domésticos. Es un termoplástico amorfo.

Se le llama plástico de ingeniería, debido a que es un plástico cuya elaboración y procesamiento es más complejo que los plásticos comunes, como son las polioleofinas (polietileno, polipropileno).

GP es un grado de moldeo por inyección de uso general y fácil fluencia con alta resistencia al impacto y distorsión por calor; diseñado para una amplia gama de aplicaciones, particularmente en el sector de carcasas.

RESULTADOS OBTENIDOS DE NUESTRA SIMULACIÓNPara este material aplicaremos lo mismo que hicimos para el iron_nodular que es determinar el factor de seguridad para eso haremos uso de la misma fórmula:

η= syσ i

En este caso los valores variaron por las propiedades que este plástico (ABS_GP) tenía y sus características los datos obtenidos fueron

Resistencia a la fluencia (sy)= 75000mN/mm^2(kPa)

Von mises ¿¿)= 1.44x10^5 mN/mm^2(kpa)

Con estos dos datos optenidos y tomando en cuenta que fueron las mismas condiciones para ambos materiales optenemos sustituyendo en la formula el siguiente resultado:

η= 75000mN /mm2(kPa)1.44 x 105mN /mm2(kpa)

= 0.52083

Determinamos que el factor de seguridad que este material nos proporciona con las mismas condiciones que el iron_nodular es mala y podría llegar a causar una falla en la pieza ya que el factor de seguridad es menor a lo requerido por la norma que especifica que un material es confiable cuando su factor de seguridad es de > 1.5 y en este caso obtuvimos que el factor de seguridad es 0.52083 por lo tanto no recomiendo la utilización de este material.

MATERIAL: TITANIUM- ANNEALED

1.- Después de haber terminado la simulación del segundo material procedemos a compararlo con un tercer material, para eso sugerimos ir a la opción q dice RETURN TO HOME en donde podemos cambiar, asignar otro material y modificar cualquiera de la restricciones q nuestra pieza necesite.

2.- Despues de haber regresado ala pantalla principal seleccionamos el nuevo material en este caso seleccionamos TITANIUM- ANNEALED el cual sera nuestro material a simular determinaremos de igual manera que hicimos con los dos anteriores, y asi determinar cual es el mejor material para nuestra pieza.

3.- A continuación de haber seleccionado el nuevo materiales procedemos a conocer su informacion abriendo como anteriormente lo haciamos la ventana de informacion y obtenemos el valor que corresponde ala resistencia a la fluencia que en este caso es de 275000mN/mm^2(kPa), para así poder determinar el factor de seguridad y saber si este material es el adecuado para la pieza.

3.- Como observamos en la imagen aplicamos la misma carga de presion en nuestra pieza para que pueda ser comparada con las demas simulaciones de los dos anteriore materiales.

De igual manera la malla vuelve hacer de la misma dimensión que es de 2mm, y las demás restricciones vulven a ser las mismas.

4.- Volvemos a resolver y a esperar a que el programa realice el análisis del material y así determinar la última variable que es el von-mises.

5.- En esta imagen encontramos los resultados que obtuvimos utilizando el nuevo material.

En la imagen observamos que el valor de von mises es igual a 1.44x10^5 mN/mm^2(kpa) con este valor volveremos a realizar las operación y así determinar si nuestro material cumple con las normas de calidad.

CARACTERISTICAS DEL MATERIAL UTILIZADO EN LA SIMULACION (TITANIUM- ANNEALED):

Los metales de transición, también llamados elementos de transición es el grupo al que pertenece el titanio. En este grupo de elementos químicos al que pertenece el titanio, se encuentran aquellos situados en la parte central de la tabla periódica, concretamente en el bloque d. Entre las características que tiene el titanio, así como las del resto de metales de transición se encuentra la de incluir en su configuración electrónica el orbital d, parcialmente lleno de electrones. Propiedades de este tipo de metales, entre los que se encuentra el titanio son su elevada dureza, el tener puntos de ebullición y fusión elevados y ser buenos conductores de la electricidad y el calor.

Tiene alta resistencia a la corrosión y gran resistencia mecánica, pero es mucho más costoso que aquél, lo cual limita sus usos industriales.

El titanio es tan resistente que puede soportar el ácido sulfúrico diluido, el ácido clorhídrico, la mayoría de los ácidos orgánicos, las soluciones de gas y el cloruro de cloro, lo cual lo convierte en un material realmente único. Puede encontrarsetitanio tanto en la Tierra (es el noveno elemento más abundante en la corteza terrestre) como en el espacio, estando presente en el Sol, los meteoritos y las estrellas de tipo M.

RESULTADOS OBTENIDOS DE NUESTRA SIMULACIÓN

Igualmente que con los dos materiales anteriores vamos a determinar el factor de seguridad y más tarde poder compararlo con todos los materiales simulados en este proyecto, utilizando la fórmula:

η= syσ i

Con el material utilizado en esta simulación los valore obtenidos fueron los siguientes

Resistencia a la fluencia (sy)= 275000mN/mm^2(kPa)

Von mises ¿¿)= 1.44x10^5 mN/mm^2(kpa)

Con estos dos datos optenidos y tomando en cuenta que fueron las mismas condiciones para ambos materiales optenemos sustituyendo en la formula el siguiente resultado:

η= 275000mN /mm2(kPa)1.44 x 105mN /mm2(kpa)

= 1.90972

Determinamos que el factor de seguridad que este material nos proporciona con las mismas condiciones que los dos anteriores materiales, obtuvimos que el TITANIUM- ANNEALED es un material confiable porque su factor de seguridad es > 1.5 teniendo como resultado un factor de seguridad de 1.90972. Concluimos que nuestro material es un material seguro para el trabajo q nosotros tenemos pensado y no presentara fallas.

MATERIAL: POLYCARBONATE1.- Ahora volvemos a simular un nuevo material para la pieza antes modelada, en esta ocacion vamos a aplicar un material polycarbonate como se muestra en la imagen y observaremos el comportamiento de este material.

2.- Para el polycarbonate el sofware nos da un valor de 62000 mN/mm^2(kpa) en el apartado de la resistencia ala fluencia del material, dato que como anteriormente lo emos ocupado para determinar el factor de seguridad del material.

3.- Despues, como venia sucediendo con los anteriores materiales le aplicamos la misma presion que es de 1000 mN/mm^2(kpa) y utilizamos las mismas condiciones que hemos venido usando, la malla sige siendo de 2mm y veremos los datos que este material nos proporcionara.

4.- De igual manera esperamos a que el sofware analice el material elegido para esta simulacion y nos determine los valores que esperamos para llegar a una buena conclusion de este materia.

5.- Este es el comportamiento que nuestra pieza tiene conforme al nuevo material que le emos agregado en la imagen observamos la grafica del comportamiento y los valores q este material nos da.

6.- En este apartado observamos el valor que el sofware le da a von mises en esta ocacion para este material optiene el valor de 1.44x10^5 mN/mm^2(kpa).

CARACTERISTICAS DEL MATERIAL UTILIZADO EN LA SIMULACION (POLYCARBONATE):

El Policarbonato es un material preferido en la fabricación de Revestimientos plásticos, Cubiertas Plásticas y Techos de Policarbonato por sus excelentes cualidades en durabilidad, resistencia y economía. Entre los Tipos de Plásticos, el Policarbonato presenta claras ventajas comparado con otros materiales tradicionales de mayor costo como el vidrio y el acero inoxidable.

VENTAJAS

Resistencia al impacto extremadamente elevada.

Gran transparencia.

Resistencia y rigidez elevadas.

Elevada resistencia a la deformación térmica.

Elevada estabilidad dimensional, es decir, elevada resistencia a la fluencia.

Buenas propiedades de aislamiento eléctrico.

Elevada resistencia a la intemperie, con protección contra rayos ultravioleta.

DESVENTAJAS

Resistencia media a sustancias químicas.

Sensibilidad al entallado y susceptibilidad a fisuras por esfuerzos.

Sensibilidad a la hidrólisis

RESULTADOS OBTENIDOS DE NUESTRA SIMULACIÓNEn este caso para este material, obtuvimos primeramente el valor de la resistencia ala fluencia que se indico en pasos anteriores su valor fue de 62000 mN/mm^2(kpa), despues de ese paso con la carga de presion aplicada a nuestra pieza que fue de 1000 mN/mm^2(kpa), simulamos la pieza, la grafica obtenida nos indico el valor de von mises que fue de 1.44x10^5 mN/mm^2(kpa), hay teniendo estos valores procedemos a sustituirlo en la formula y determinar el facto de seguridad.

η= 62000mN /mm2(kpa)1.44 x 105mN /mm2(kpa)

= 0.43055

Determinamos que el factor de seguridad que este material nos proporciona con las mismas condiciones que los anteriores, es mala y podría llegar a causar una falla en la pieza ya que el factor de seguridad es menor a lo requerido por la norma que especifica que un material es confiable cuando su factor de seguridad es > 1.5 y en este caso obtuvimos que el factor de seguridad es 0.43055 por lo tanto no recomiendo la utilización de este material.

MODIFICACIONES GEOMETRICASAhora después de a ver analizado cuatro materiales determinamos que solo dos de estos materiales son recomendados para utilizarse en nuestra pieza los materiales son:

IRON_NODULAR TITANIUM- ANNEALED

Ya que cuentan con un factor de seguridad aceptable para la norma.

Ahora a la pieza mecánica modelada le haremos pequeñas modificaciones geométricas y determinaremos que tanto afecta en los resultados antes obtenidos anteriormente, de igual manera simularemos la pieza y obtendremos el factor de seguridad para ver si este mejora.

MATERIAL: IRON_NODULARPrimero lo haremos con el IRON_NODULAR:

1.- Para comenzar a modificar nuestra pieza geometricamente, nos vamos ala opcion en la parte superior de la pantalla en donde esta EDGE BLEND alli modificaremos y suavisaremos los bordes de nuestra pieza.

2.-Como observamos en la imagen lo siguiente seria elegir el tamaño la cual vamos a curvear nuestro modelo en este caso utilizamos 2mm para suavisar los bodes de nuestra pieza, selecionamos los bordes como se ven en la imagen y nuestra pieza quedara suavisada.

3.- A continuacion tenemos la imagen del producto final del efecto de la opcion EDGE BLEND nuestra figura a quedado modificada en la parte superior en donde principalmente se ejerce la presion.

4.- despues de haber suavisado la parte superior de nuestra pieza, vamos a modificar la parte inferior de la misma. Para eso nos vamos a la opcion q vemos en la imagen, que lleva el nombre de CHAMFER en esta opcion modificaremos la base de nuestro soporte.

5.-Al abrir esta opción empezamos a seleccionar la parte en donde nosotros queremos suavizar el modelado en esta ocasión será en la parte inferior de la pieza le aplicaremos de igual manera 2mm y nuestra pieza quedara como observamos en la imagen.

6.- La ultima modificacion que le realizaremos a nuestra figura sera la aplicación del elemento selecionado en la imagen el cual es el HOLE, con ello realizaremos cuatro barrenos en la parte superior de la figura en donde se ejercera la carga de presion.

7.- A cada barreno le asignamos un diámetro de 2 mm, lo insertamos y tendríamos ya nuestro modelo terminado

8.- En la ilustración mostramos la pieza ya terminada modificada con la finalidad de mejorar el factor de seguridad, que la pieza y el material sean aprovechados. Ya terminada nuestra pieza procedemos a parte de la simulación llevando a cabo los pasos que antes ya habíamos explicado.

9.- Escojemos el material antes mencionado IRON_NODULAR y comenzamos el proceso de la simulación.

10.- Encontramos al igual que la primera vez la resistencia ala fluencia en el apartado de la informacion del material que resulta tener el mismo valor de 250000 mN/mm^2(kpa).

11.- Y utilizando los mismos datos de siempre los cuales propusimos desde el inicio de nuestro proyecto que son la carga de presion que es igual a 1000 mN/mm^2(kpa), la malla utilizada que sera de 2mm y las mismas restriciones.

Procedemos a resolver la simulacion.

12.- Enseguida el software obtiene los datos que nosotros requerimos para determinar el factor de seguridad de nuestra pieza, y nos muestra la gráfica que observamos en la ilustración.

13.- Depues de haber modificado la geometria de nuestra pieza llegamos a la optencion de los resultados, en donde vemos que ha variado conforme ala primera vez que utlizamos este material bajo las mismas condiciones, ahora el valor de von mises es de 9.13x10^4 mN/mm^2(kpa).

Variación observada en la modificación de la geometriaComo podemos observar en el analisis anterior podemos determina el mejoramiento de nuetra pieza mecanica, ya que cuando aplicamos la formula para determinar el factor de seguridad se observa como aunmenta de una manera considerable su valor y eso hace que nuestra pieza sea mas confiable.

A continuacion vamos a aplicar la formula:

η= syσ i

Teniendo como datos:

Sy=250000 mN/mm^2(kpa).

σ i=9.13x10^4 mN/mm^2(kpa).

Sustituyendo los valores obtenemos:

η= 250000mN /mm2(kpa) .9.13 x 104mN /mm2(kpa) .

=2.7382

Como podemos observar el valor del factor de seguridad ha cambiado y ha aumentado conforme a la modificación geométrica que nuestra pieza género. Ahora podemos hablar de un material más confiable y recomendable en su uso y listo para manufacturar ya que cumple de una manera adecuada la norma de calidad.

MATERIAL:TITANIUM- ANNEALED.

Ahora realizaremos el cambio que puede llegar a generar nuestro cambio geometrico en el material TITANIUM- ANNEALED.

1.- Ya generado el modelo como lo explicamos en el analisis pasado y habiendo quedado como muestra la imagen. Procedemos a la simulacion de la pieza modificada geometricamente con el material indicado.

2.- Con los mismos datos que la primera simulación, vamos a simular nuestro elemento modificado, seleccionando primero el material que ocuparemos que será el mencionado TITANIUM- ANNEALED enseguida aplicaremos la malla a nuestra pieza igual que todo el proyecto será de 2mm, la presión será igual de 1000 mN/mm^2(kpa), y tendrá las mismas restricciones que la primera simulación.

3.- Tomamos en cuenta el valor q ya obtenemos de la librería que es la resistencia ala fluencia que tiene el mismo valor que es de 275000mN/mm^2(kPa)

4.- A continuacion pasamos ala parte de resolver la simulacion y obtener los datos que nosotros esperamos.

5.- Ya simulada nuestra pieza podemos observa desde la grafica el mejoramiento de nuestra pieza comparada con la primera simulacion de este material.

6.- Enseguida podemos ver el valor que ahora le dan a von-mises que sera de 8.99x10^4 mN/mm^2(kpa), ese seria el resultado final de nuestra pieza ya simulada.

Variación observada en la modificación de la geometriaComo podemos observar en el analisis anterior podemos determina de igual manera que sucedió con el material anterior el mejoramiento de nuestra pieza mecanica aplicando la formula se observa como aunmenta de una manera considerable su valor y eso hace que nuestra pieza sea mas confiable.

Aplicaremos la siguiente formula:

η= syσ i

Teniendo como datos:

Sy= 275000mN/mm^2(kPa)

σ i=8.99x10^4 mN/mm^2(kpa

Sustituyendo los valores obtenemos:

η= 275000mN /mm2(kpa) .8.99 x104mN /mm2(kpa)

=3.05895

Como podemos observar el valor del factor de seguridad ha cambiado y ha aumentado conforme a la modificación geométrica que nuestra pieza género. Ahora podemos hablar de un material más confiable y recomendable en su uso y listo para manufacturar ya que cumple de una manera adecuada la norma de calidad.

Conclusión general del soporteEn el presente trabajo se simulo se trabajó y comparo una pieza mecánica, la sometimos a diversos cambios de materiales y al final los materiales que resultaron factibles para nuestro trabajo la sometimos a cambios geométricos para poder de esta manera mejorar su factor de seguridad. En la siguiente tabla mostraremos los factores a los que fueron sometidos los materiales, los tipos de materiales utilizados en nuestro soporte, compararemos y determinaremos cual es el mejor material para la pieza. Esta imagen es la pieza la cual simularemos.

TABLA DE MATERIALES UTILIZADOS EN LA SIMULACION DEL SOPORTE PROPUESTO:

MATERIAL CARGA (PRESION)

MALLA

RESISTENCIA A LA FLUENCIA (Sy)

VON-MISES (σ 1)

FACTOR DE

SEGURIDAD

IRON NODULAR 1000 mN/mm^2(kp

a)

2mm 250000 mN/mm^2(kPa).

1.45x10^5 mN/mm^2(kp

a)

1. 72413

ABS GP 1000 mN/mm^2(kp

a)

2mm 75000mN/mm^2(kPa)

1.44x10^5 mN/mm^2(kp

a)

0.52083

TITANIUM ANNEALED

1000 mN/mm^2(kp

a)

2mm 275000mN/mm^2(kPa)

1.44x10^5 mN/mm^2(kp

a)

1.90972

POLYCARBONATE

1000 mN/mm^2(kp

a)

2mm 62000mN/mm^2(kPa)

1.44x10^5 mN/mm^2(kp

a

0.43055

En esta tabla observamos el comportamiento de los 4 materiales y determinamos que solo dos materiales cumplen con la norma de seguridad que debe ser mayor a 1.5 en su factor. En este caso vemos que el iron nodular y el titanium annealed cumplen con ese dato.

Ahora estos dos materiales que superaron esta prueba la sometimos a un cambio geométrico y nuestros resultados lo reflejamos en la siguiente tabla.

Esta imagen muestra nuestra pieza ya modificada geométricamente:

MATERIAL CARGA (PRESION)

MALLA RESISTENCIA A LA FLUENCIA (Sy)

VON-MISES (σ 1)

FACTOR DE SEGURIDAD

IRON NODULAR

1000 mN/mm^2 (kpa)

2mm 250000 mN/mm^2(kPa).

9.13x10^4 mN/mm^2 (kpa).

2.7382

TITANIUM ANNEALED

1000 mN/mm^2m (kpa)

2mm 275000 mN/mm^2 (kPa)

8.99x10^4 mN/mm^2 (kpa),

3.05895

Al final de todo el análisis concluimos que el material más recomendado para nuestra pieza es el TITANIUM ANNEALED, ya que tiene un factor de seguridad alto el cual garantiza la eficiencia del material, pero de igual manera recomendaríamos el uso del IRON NODULAR, porque tienen un factor de seguridad aceptable y cumplirá el trabajo sin mayores problemas.

La diferencia que ocurre entre estos dos materiales es que el titanium annealed, por sus mejores propiedades es un material costoso en el mercado a comparación del iron nodular que es más fácil de adquirir y así poder manufacturar la pieza propuesta en esta ocasión. Y también es importante resaltan que la modificación geométrica ayudo a mejorar nuestra pieza.

Así que propongo manufacturar esta pieza con un IRON NODULAR que tiene un factor de seguridad de 2.7382 y con los cambios geométricos establecidos en el proyecto, principalmente por los costos y por las propiedades de este material que generalmente es usado para generar soportes.

PIEZA NUMERO 2.- ASPAS PARA UN ROTOR

Ahora comenzaremos la simulación de una nueva pieza en este caso serán las aspas de rotor el cual le asignaremos un material (STEEL), y repetiremos los procesos antes hechos para hacer la simulación.

En la primera imagen observamos la pieza a simular ya modelada, y comenzaremos con el proceso de simulación como antes lo habíamos hecho.

Después de haber ingresado a la opción de la simulación procedemos a seleccionar el material en este caso es el STEEL

Enseguida obtendremos la información necesaria para poder determinar el factor de seguridad de nuestra pieza con este material seleccionado, en este caso obtenemos un valor 137895 mN/mm^2(kPa)

Enseguida le aplicaremos la malla a nuestra pieza que será de 2mm.

A continuación vamos a aplicarle una carga de presión en este caso será de 100 Mn/mm^2(kpa) y con esa carga poder hacer las pruebas necesarias. Seleccionamos todos los alavés porque allí se concentrara la presión.

Vamos a darle una restricción para atar nuestra pieza ahora ejecutaremos la simulación para obtener los datos que nosotros requerimos.

Después de que el software allá ejecutado la simulación vamos a obtener la siguiente gráfica y determinaremos cual será el esfuerzo máximo y lo utilizaremos como el esfuerzo de Von Mises que esta vez fue de 71844 mN/mm^2

MATERIAL: STEEL APLICADA EN LAS ASPAS DE UN ROTOR

Ya obtenido los resultados vamos a determinar el factor de seguridad basándonos principalmente en las teorías de falla por carga estática antes mencionada en nuestro marco teorico, vamos a determinar usando la siguiente formula:

η=syσ i

Ya teniendo los datos sustituimos en la formula y obtenemos los siguientes resultados:

η=137895mN /mm2(kPa)71844mN /mm2(kpa)

= 1.9194

Teniendo este resultado podemos determinar que este material es eficiente ya que su factor de seguridad es alto y rebasa los estándares de calidad.

El material STEEL es recomendado bajo esta condición para el uso de las aspas dentro del rotor

PIEZA 3: BIELA

Ahora comenzaremos el análisis del ultimo material y la vamos a emplear en una biela.

Ya elaborada la pieza y modelada como lo muestra en la imagen realizamos lo que veníamos realizando que es la simulación de esta pieza el cual vamos a tratar de alcanzar el máximo factor de seguridad empleado como anteriormente teníamos la formula y las teorias de falla que nos da.

Después de haber modelado la pieza comenzamos la etapa de simulación primero vamos a seleccionar el material en este caso el material será AISI-410

Después de haber seleccionado el material vamos a enmallar nuestra pieza

Ahora le aplicaremos las últimas restricciones el cual le daremos la carga de 10 kpa y nuestra resistencia a la fluencia será de 483.1 kpa

Para finalizar este análisis determinamos y esperamos a que el software termine el análizar

Y obtenemos resultados que se reflejan en la siguiente imagen

Después de obtener los datos requeridos sustituimos en la formula y nos da este factor de seguridad

n=S yp1

=483.1KPa157.2kpa

=3.07

El cual garantiza q nuestro material es seguro y podemos utilizarlo para el trabajo con la seguridad que nuestro material no presentara fallas.

Conclusión

La mayoría de nuestros objetivos planteados desde el principio de este proyecto fueron cumplidos determinamos para cada pieza un buena factor de seguridad el cual pudimos concluir que material nosotros sugerimos en cada una de las piezas. Fue de gran ayuda el software ya que nos ayudó a determinar los datos y obtener el resultado de una manera más rápida y precisa.

Observaciones del proyecto: tenemos que checar los valores que nos dio von mises porque los 4 materiales resultaron ser similares.