practica 1 analisis estatico de tension en elementos mecanicos

8/16/2019 Practica 1 Analisis Estatico de Tension en Elementos Mecanicos

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ING. ELIEL EDUARDO MONTIJO VALENZUELA

Diseño de elementos mecánicos

Los análisis estáticos, se realizan bajo dos condiciones:

- Suposición Estática. Esto implica que las cargas se aplican lenta y gradualmentehasta que alcanzan sus magnitudes completas. A partir de este punto, las cargas

permanecerán constantes.Debido a esto, se puede ignorar por ejemplo las fuerzas

inerciales y de las de amortiguamiento, ya que las aceleraciones y velocidades son

pequeñas.

- Linealidad. Es decir, la relación entre cargas y la respuesta del material es lineal.Cuando se duplica la carga, también lo harán las deformaciones unitarias,

desplazamientos o las tensiones. La suposición de linealidad supone:

Se cumple la ley de Hooke en los materiales a estudiar. Esto implica que la tensión es

directamente proporcional a la deformación unitaria.

Los desplazamientos provocados son lo suficientemente pequeños para que no se tenga

en cuenta la rigidez que es causada por la carga.

Las condiciones de contorno no variarán durante el proceso de carga del sistema. Estas

cargas deben ser constantes en magnitud, dirección y distribución, y por tanto no cambiar

durante la deformación del modelo.

Existe una gran variedad de aplicaciones para estos estudios, como pueden ser piezas o

sistemas que tienen que soportar una carga aplicada de forma secuencial sin impacto,

como pueden ser estanterías o cualquier soporte. Otra posible aplicación para estudios

estáticos, es la evaluación del chasis de ciertos tipos de coches de competición, los cuales

son estudiados mediante cargas estáticas en sus diferentes posiciones (carga vertical,

laterales, y longitudinales), bajo las condiciones de los estudio estáticos lineales.

Fig. 2. Diseño mecánico 2, sometido a fuerzas

estáticas.Fig. 3. Diseño mecánico 3, sometido a fuerzas

estáticas.

http://148.247.220.120/TA2013/mod/scorm/player.php?a=136&currentorg=ORG-A40D180E5C8AB64E9F3DD5D4EC2B45BC&scoid=2535


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En definitiva, los análisis estáticos, teniendo en cuenta las suposiciones que los

caracterizan, nos pueden ayudar a identificar si nuestro modelo cumplirá con los requisitos

para los que será fabricado, evitando gastos innecesarios y mejorando sus propiedades.

II. OBJETIVO GENERAL

Que el alumno, por medio de softwares de simulación (SolidWorks®) observe y analice el

comportamiento de las cargas estáticas sobre un elemento mecánico o estructural.

III. OBJETIVOS ESPECÍFICOS- Que el alumno haga el uso de simuladores como una herramienta que puede aplicar

en sus tareas como próximos Ingenieros Mecatrónicos para el análisis de sistemas

bajo comportamientos reales.

- Que alumno haga una comparación en cuanto a los resultados teóricos vs.

simulados y obtenga conclusiones de ello.

IV. PROCEDIMIENTO DE ELABORACIÓN

- Por equipos, elegir un elemento mecánico sencillo (visto en clase o creado por

ustedes)

- Realizar un bosquejo o dibujo en una hoja (reciclada de preferencia) con las

dimensiones y espesores de la pieza.

- Descargar la versión de prueba del simulador e instalarlo en su pc o laptop.

- Dibujar el bosquejo en SolidWorks®

- Simular el comportamiento del elemento bajo cargas estáticas.

- Realizar el reporte que por default te arroja SolidWorks.

- Entregar un reporte final al profesor (ver rubrica de reporte en apartado VI)

V. MARCO TEÓRICO

5.1. Estática



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La estática es la rama de la mecánica clásica que analiza las cargas (fuerza, par / momento)

y estudia el equilibrio de fuerzas en los sistemas físicos en equilibrio estático, es decir, en

un estado en el que las posiciones relativas de los subsistemas no varían con el tiempo. La

primera ley de Newton implica que la red de la fuerza y el par neto (también conocidocomo momento de fuerza) de cada organismo en el sistema es igual a cero. De esta

limitación pueden derivarse cantidades como la carga o la presión. La red de fuerzas de

igual a cero se conoce como la primera condición de equilibrio, y el par neto igual a cero se

conoce como la segunda condición de equilibrio.2

5.2. Análisis de equilibrio

La estática proporciona, mediante el empleo de la mecánica del sólido rígido, solución a los

problemas denominados isostáticos. En estos problemas, es suficiente plantear lascondiciones básicas de equilibrio, que son:

- El resultado de la suma de fuerzas es nulo.

- El resultado de la suma de momentos respecto a un punto es nulo.

Estas dos condiciones, mediante el álgebra vectorial, se convierten en un sistema de

ecuaciones; la resolución de este sistema de ecuaciones es la solución de la condición de

equilibrio.

Existen métodos de resolución de este tipo de problemas estáticos mediante gráficos,

heredados de los tiempos en que la complejidad de la resolución de sistemas de ecuaciones

se evitaba mediante la geometría, si bien actualmente se tiende al cálculo por ordenador.

Para la resolución de problemas hiperestáticos (aquellos en los que el equilibrio se puede

alcanzar con distintas combinaciones de esfuerzos) es necesario considerar ecuaciones de

compatibilidad. Dichas ecuaciones adicionales de compatibilidad se obtienen mediante la

introducción de deformaciones y tensiones internas asociadas a las deformaciones

mediante los métodos de la mecánica de sólidos deformables, que es una ampliación de la

mecánica del sólido rígido que, además, da cuenta de la deformabilidad de los sólidos y sus

efectos internos.

Existen varios métodos clásicos basados en la mecánica de sólidos deformables, como

los teoremas de Castigliano o las fórmulas de Navier-Bresse.3

2 Beer, F.P. and Johnston Jr, E.R. (1992). Statics and Mechanics of Materials. McGraw-Hill, Inc. 3 Beer, Johnston, and Eisenberg (2009). Vector Mechanics for Engineers: Statics, 9th Ed. McGraw Hill.

http://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_cl%C3%A1sicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Isaac_Newtonhttp://es.wikipedia.org/wiki/Momento_de_fuerzahttp://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_del_s%C3%B3lido_r%C3%ADgidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Fuerzahttp://es.wikipedia.org/wiki/Momento_de_fuerzahttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=%C3%81lgebra_vectorial&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Geometr%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Ordenadorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Hiperest%C3%A1ticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Deformaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_mec%C3%A1nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_de_s%C3%B3lidos_deformableshttp://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_de_s%C3%B3lidos_deformableshttp://es.wikipedia.org/wiki/Teoremas_de_Castiglianohttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Navier-Bresse&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Navier-Bresse&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Teoremas_de_Castiglianohttp://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_de_s%C3%B3lidos_deformableshttp://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_de_s%C3%B3lidos_deformableshttp://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_mec%C3%A1nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Deformaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Hiperest%C3%A1ticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ordenadorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Geometr%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=%C3%81lgebra_vectorial&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Momento_de_fuerzahttp://es.wikipedia.org/wiki/Fuerzahttp://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_del_s%C3%B3lido_r%C3%ADgidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Momento_de_fuerzahttp://es.wikipedia.org/wiki/Isaac_Newtonhttp://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_cl%C3%A1sicahttp://148.247.220.120/TA2013/mod/scorm/player.php?a=136&currentorg=ORG-A40D180E5C8AB64E9F3DD5D4EC2B45BC&scoid=2535


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5.3. Suma de fuerzas

Cuando sobre un cuerpo o sólido rígido actúan varias fuerzas que se aplican en el mismopunto, el cálculo de la fuerza resultante resulta trivial: basta sumarlas vectorialmente y

aplicar el vector resultante en el punto común de aplicación.

Sin embargo, cuando existen fuerzas con puntos de aplicación diferentes es necesario

determinar el punto de aplicación de la fuerza resultante. Para fuerzas no paralelas esto

puede hacerse sumando las fuerzas dos a dos. Para ello se consideran dos de las fuerzas

que trazan rectas prolongando las fuerzas en ambos sentidos y buscando su intersección.

Esa intersección será un punto de paso de la fuerza suma de las dos. A continuación se

substituyen las dos fuerzas por una única fuerza vectorial suma de las dos anteriores

aplicada en el punto de intersección. Esto se repite n-1 veces para un sistema de n fuerzas

y se obtiene el punto de paso de la resultante. En el caso límite del que se tengan n fuerzasparalelas puede emplearse el polígono funicular para hallar el punto de paso de la

resultante.2

5.4. Aplicaciones

La estática abarca el estudio del equilibrio tanto del conjunto como de sus partes

constituyentes, incluyendo las porciones elementales de material.

Uno de los principales objetivos de la estática es la obtención de esfuerzos cortantes, fuerza

normal, de torsión y momento flector a lo largo de una pieza, que puede ser desde

una viga de un puente o los pilares de un rascacielos.

Su importancia reside en que una vez trazados los diagramas y obtenidas sus ecuaciones,

se puede decidir el material con el que se construirá, las dimensiones que deberá tener,

límites para un uso seguro, etc., mediante un análisis de materiales. Por tanto, resulta de

aplicación en ingeniería estructural, ingeniería mecánica, construcción, siempre que se

quiera construir una estructura fija. Para el análisis de una estructura en movimiento es

necesario considerar la aceleración de las partes y las fuerzas resultantes.

El estudio de la Estática suele ser el primero dentro del área de la ingeniería mecánica,

debido a que los procedimientos que se realizan suelen usarse a lo largo de los demás

cursos de ingeniería mecánica.

http://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_del_s%C3%B3lido_r%C3%ADgidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Fuerza_resultantehttp://es.wikipedia.org/wiki/Pol%C3%ADgono_funicularhttp://es.wikipedia.org/wiki/Esfuerzo_cortantehttp://es.wikipedia.org/wiki/Fuerza_normalhttp://es.wikipedia.org/wiki/Fuerza_normalhttp://es.wikipedia.org/wiki/Torsi%C3%B3n_mec%C3%A1nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Momento_flectorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Vigahttp://es.wikipedia.org/wiki/Puentehttp://es.wikipedia.org/wiki/Pilarhttp://es.wikipedia.org/wiki/Rascacieloshttp://es.wikipedia.org/wiki/Ingenier%C3%ADa_estructuralhttp://es.wikipedia.org/wiki/Ingenier%C3%ADa_mec%C3%A1nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Construcci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Aceleraci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Ingenier%C3%ADa_mec%C3%A1nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Ingenier%C3%ADa_mec%C3%A1nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Aceleraci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Construcci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Ingenier%C3%ADa_mec%C3%A1nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Ingenier%C3%ADa_estructuralhttp://es.wikipedia.org/wiki/Rascacieloshttp://es.wikipedia.org/wiki/Pilarhttp://es.wikipedia.org/wiki/Puentehttp://es.wikipedia.org/wiki/Vigahttp://es.wikipedia.org/wiki/Momento_flectorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Torsi%C3%B3n_mec%C3%A1nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Fuerza_normalhttp://es.wikipedia.org/wiki/Fuerza_normalhttp://es.wikipedia.org/wiki/Esfuerzo_cortantehttp://es.wikipedia.org/wiki/Pol%C3%ADgono_funicularhttp://es.wikipedia.org/wiki/Fuerza_resultantehttp://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_del_s%C3%B3lido_r%C3%ADgidohttp://148.247.220.120/TA2013/mod/scorm/player.php?a=136&currentorg=ORG-A40D180E5C8AB64E9F3DD5D4EC2B45BC&scoid=2535


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Captura 3. Una vez seleccionada la pieza, seleccionamos la opción “ simulación”

(encerrado en recuadro rojo).

Captura 4. Seleccionamos la opción Asesor de estudio; Nuevo estudio.



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Captura 5. Se despliega una serie de análisis, de los cuales seleccionamos “ Análisis

estático” y damos aceptar haciendo clic en la palomita verde encerrada e n circulo naranja.

Captura 6. Una vez que aceptamos, aparece un cuadro de dialogo en la parte derecha de

la ventana de trabajo.



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Captura 7. Seleccionamos la opción Aplicar material , en mi caso use un Acero A36 . Ledamos clic en aplicar y cerramos el cuadro de materiales.

Captura 7.A. También puede elegir del cuadro de dialogo de la derecha la opción Elegirmaterial.



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Captura 8. Una vez seleccionado el material, tomamos la opción 3 en el cuadro dedialogo, esta tiene el nombre de Interacciones. Si es la primera vez que realiza el análisis

saldrá un una leyenda, da clic en Ignorar esta sección.

Captura 8.A. Damos clic en siguiete.



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Captura 8.B. Seleccionamos la opción Agregue un soporte o una sujeción.

Captura 8.C. Seleccionar la opción Agregue una sujeción.



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Captura 9.A. Seleccionamos la opción Agregar una carga.

Captura 9.B. Seleccionar nuevamente Agregar carga.



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Captura 9.C. Aparecerá un cuadro a la izquierda. Seleccionamos Fuerza.

Captura 9.D. En el cuadro azul, pondremos las fuerzas de tensión axial opuestas a las

fuerzas de empotramiento o sujeción. Para mi caso, la fuerza a tensión es de 3,000 KN.

No olvides Invertir la dirección. Damos clic en aceptar en la palomita verde (encerrado con

azul)



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Captura 10. Seleccionamos la opción 4, crear malla y ejecutar . Posteriormente damos clic

en Ejecutar el estudio.

Captura 11. Aparecerá un cuadro de carga como el mostrado en la captura, dependiendo

de nuestro procesador y de los datos que hayamos metido al análisis, este se ejecutará

en un determinado tiempo.



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Captura 11. Una vez ejecutado el análisis se reproduce una simulación de los posiblesefectos de las cargas proporcionadas sobre la pieza.

Captura 12. En los resultados de la simulación seleccionamos la opción Todos los datos parecen ser correctos.



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Captura 13. Seleccionar la opción rotura o cesión de material .

Captura 14. Seleccionar Mostrar secciones de tensión y compresión.



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Captura 15. Seleccionar Resaltar secciones donde haya tensiones.

Captura 16. Del lado izquierdo podemos cambiar los valores para ver los efectos de la

tensión en el elemento.



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Captura 17. Seleccionar Mostrar trazado de factor de seguridad .

Captura 18. Se puede apreciar la información sobre el trazado del factor de seguridad

(TFS).



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Captura 19. Para finalizar el análisis del diseño, damos clic en Finalizado con el

asesor de resultados.

Captura 20. Seleccionamos la opción Comprobar resultados



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Captura 21. En Comprobar resultados se pueden elegir hasta 4 opciones de análisis.

Captura 22. Por ultimo generaremos un infirme haciendo clic en informe.



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Captura 23. Llenamos todas las casillas y datos y damos clic en publicar . Esperamos a

que se genere el archivo Word.

VII. RUBRICA DE REPORTE

- El diseño del modelo en 3d debe ser enviado al profesor vía correo electrónico. - El reporte debe contener la metodología que realizaron para realizar su simulación

paso a paso (con capturas de pantalla) - También deben de mandar el reporte final en Word con las conclusiones personales

del equipo. - En el reporte indicar en las conclusiones cual fue su reultado sobre el factor de

seguridad (la pieza ¿Es segura?), que sugerencias dan como equipo para mejorar

el diseño.

- Indicar la escala de deformación y por qué creen que se deformo el material.

¡ÉXITO!Cualquier duda o comentario hacérmela llegar vía mail a

[email protected] o en el salón de clases.Saludos

mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]://148.247.220.120/TA2013/mod/scorm/player.php?a=136&currentorg=ORG-A40D180E5C8AB64E9F3DD5D4EC2B45BC&scoid=2535


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REFERENCIAS:

[1] GRUPO CARMAN. (2013). SOLIDWORKS ANÁLISIS ESTÁTICO EN MODELOS. 24/02/15, de

CARMAN GROUP Sitio web: http://grupocarman.com/blog/solidworks-analisis-estatico/

[2] Beer, F.P. and Johnston Jr, E.R. (1992). Statics and Mechanics of Materials. McGraw-Hill, Inc.

[3] Beer, Johnston, and Eisenberg (2009). Vector Mechanics for Engineers: Statics, 9th Ed. McGraw

Hill.

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