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Ejercicio Final – Análisis Catia V5 26/03/2014
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EJERCICIO FINAL – ANALISIS DE ENSAMBLAJE
CATIA V5
Ejercicio Final – Análisis Catia V5 26/03/2014
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INDICE.
INDICE
ANALISIS DEL ENSAMBLAJE.
1. CARACTERISTICAS PRINCIPALES DEL ESTUDIO.
2. RESULTADO DEL ANALISIS.
ANALISIS POR PIEZAS.
1. PISTON.
2. BULON.
3. CASQUILLO.
4. BIELA.
5. CONCLUSIONES DEL ESTUDIO.
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ANALISIS DEL ENSAMBLAJE.
1. CARACTERISTICAS PRINCIPALES DEL ESTUDIO.
Se procede a realizar un análisis del ensamblaje para tres cargas, estas serán aplicadas sobre la
cabeza del pistón.
La carga que será aplicada es una Presión con los siguientes valores:
P1 =0,7 MPa.
Seguidamente se realizará el análisis pieza a pieza del ensamblaje para uno de los casos.
1.1. MATERIAL ELEGIDO PARA EL ESTUDIO DEL ENSAMBLAJE.
Steel.
Características:
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1.2. MALLADO.
Elección de estructura nodal: Tetraedro Parabólico de 4 Nodos. (TE04)
Longitud media del elemento tetraedro de 5 mm.
1.3. RESTRICCIONES (SUJECIONES).
Se opta por una sujeción en la cabeza de la biela mediante un empotramiento del
interior de la misma.
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1.4. CARGA APLICADA.
Se opta por una carga del tipo Presión, se aplica una carga de 0.7 MPa
1.5. CONEXIONES.
Se configuran mediante el comando “General Analysis Connection” los diferentes contactos
que existen en el ensamblaje.
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Seguidamente se opta por elegir el comando “Pressure Fitting Connection Property” , ya que
este nos permite ensamblar dos piezas cilíndricas ajustadas con firmeza una sobre la otra.
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2. RESULTADOS DEL ANALISIS.
2.1. VON MISES.
Se observa que las mayores concentraciones de esfuerzo de Von Mises se dan sobre la
biela en la zona superior, justo debajo del pie de la biela. Vemos como el piston u la cabeza
de la biela no concentra muchos esfuerzos comparados con la biela.
Se puede ver como el bulón también subre los esfuerzos en mayor medida que el pistón,
aunque sigue siendo la biela quien mas esfuerzos concentra.
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2.2. TRANSLATIONAL DISPLAZAMENT
Se observan las mayores deformaciones sobre el pistón y bulón, seguidamente por la biela
en el pie de esta, conforme nos alejamos de la carga aplicada se observan menos
deformaciones en el ensamblaje.
2.3. ESTIMATED LOCAL ERROR.
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2.4. PRINCIPAL STRESS.
Se procede a realizar un corte para ver los valores alcanzados en la sección interna del
ensamblaje.
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Los valores más altos siguen siendo los descritos hasta ahora, aunque también se observa
sobre la sección interna del bulón y casquillo que alcanzan valores algo superiores a los de
la cara externa del pistón. Se adjunta otra imagen con otro corte de sección:
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ANALISIS DE PIEZAS.
1. MATERIAL ELEGIDO PARA EL ESTUDIO DEL PISTON.
Steel.
Características:
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2. MALLADO.
Elección de estructura nodal: Tetraedro Parabólico de 4 Nodos. (TE04)
Longitud media del elemento tetraedro de 5 mm.
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3. APLICACIÓN DE CARGAS.
Se aplica una presión sobre la cabeza del pistón de 0.7 MPa, equivalente aproximadamente a
7 Kgf/cm2.
4. RESTRICCIONES.
Se aplica una restricción tipo “Condiciones avanzadas” restringida para Traslación en los tres
ejes y en rotación, exceptuando la rotación longitudinal al eje del orificio por donde ensambla
el bulón y el casquillo simulando el movimiento que puede realizar el pistón cuando esta
ensamblado.
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5. RESULTADOS.
VON MISES.
Maximo valor VON MISES
El valor máximo al que se ve sometida la pieza se dá sobre la zona indicada en la
imagen anterior, su valor máximo es de 6,31 MPa.
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ESTIMATED LOCAL ERROR.
La calidad del cómputo como se puede apreciar es bastante buena. La expansión de la energía
se concentra en la zona del ensamblaje del pistón.
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TRANSLATION DISPLACEMENT.
Las deformaciones máximas se dan sobre las zonas indicadas en la imagen, con un máximo
de 0.00191 mm.
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PRINCIPAL STRESS.
Valores de esfuerzos principales aplicados de forma normal:
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Máxima concentración de esfuerzos cortantes:
Esfuerzos cortantes principales (distribución vectorial):
T1:
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T2:
T3:
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BULON:
1. MATERIAL DEL BULON.
Mismo material que el pistón, Steel, con las mismas características.
2. MALLADO.
Mismas configuración que el Pistón.
Elección de estructura nodal: Tetraedro Parabólico de 4 Nodos. (TE04)
Longitud media del elemento tetraedro de 5 mm.
3. APLICACIÓN DE CARGAS.
Al pistón se le aplicó una carga en forma de Presión sobre la cabeza, para simular esta presión
se opta por emplazar un punto en el espacio a la misma distancia que la cabeza del pistón, y
sobre este se aplica una carga en forma de “Fuerza distribuida” equivalente a la fuerza que
ejerce la presión aplicada sobre toda la superficie de la cabeza del pistón.
Calculo de la fuerza distribuida:
Presión sobre la cabeza del pistón: P= 0.7 MPa --- 700 Pa ---- 700 N/m2
Superficie de la cabeza del pistón: S=3.1416 X (0,08 m)2= 0.0201 m 2
Fuerza distribuida= P x S = 700 N/m2 x 0.0201 m 2 = 14,07 N
Sentido y dirección de
la carga.
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Elementos virtuales:
Simulación de una parte geométrica en el elemento de diseño, en este caso se usa para situar
la Fuerza distribuida sobre el bulón, dicha fuerza es el resultado de la Presión a la que es
sometida la cabeza del Pistón.
4. RESTRICCIONES.
Punto emplazado a la
misma altura que la
cabeza del pistón
Distribución de la carga
sobre el bulón.
Se opta por una sujeción
de empotramiento del
orificio del bulón
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5. RESULTADOS.
Von Mises.
TRANSLATION DISPLACEMENT
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ESTIMATED LOCAL ERROR.
MAXIMA CONCENTRACION DE ESFUERZOS.
Las mayores expansiones de energía
sobre la pieza se dan en los orificios
centrales, y en menor medida sobre
el orificio longitudinal al eje.
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MAXIMA CONCENTRACIONES DE ESFUERZOS CORTANTES.
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CASQUILLO.
1. MATERIAL DEL BULON.
Mismo material que el pistón, Steel, con las mismas características.
2. MALLADO.
Mismas configuración que el Pistón.
Elección de estructura nodal: Tetraedro Parabólico de 4 Nodos. (TE04)
Longitud media del elemento tetraedro de 5 mm.
3. APLICACIÓN DE CARGAS.
Se realiza la misma operación que para el bulón.
Calculo de la fuerza distribuida:
Presión sobre la cabeza del pistón: P= 0.7 MPa --- 700 Pa ---- 700 N/m2
Superficie de la cabeza del pistón: S=3.1416 X (0,08 m)2= 0.0201 m 2
Fuerza distribuida= P x S = 700 N/m2 x 0.0201 m 2 = 14,07 N
Elementos virtuales para el cálculo:
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4. RESTRICCIONES.
Se decide por el empotramiento sobre la cara interna del casquillo, simulando la sujeción
que ejerce el bulón sobre este.
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5. RESULTADOS.
Deformación producida sobre el Casquillo.
No se observan grandes deformaciones sobre la pieza.
VON MISES.
VALORES MAXIMOS
DE ESFUERZO DE VON
MISES
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TRANSLATION DISPLACEMENT.
Máximo desplazamiento de 3.5 x10-8 mm
PRINCIPAL VALUE.
Representación gráfica de los tres esfuerzos principales aplicados de forma normal,
observamos como los valores máximos se dan justo en la longitudinal más alejada a la carga
aplicada.
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ESTIMACION DEL ERROR.
Expansión de la energía sobre la pieza, las zonas más críticas se dan sobre las superficies
transversales al eje del cilindro. La simulación en su mayor parte consigue un error que influye
en la deformación de la pieza muy bajo.
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BIELA:
1. MATERIAL DEL BULON.
Mismo material que el pistón, Steel, con las mismas características.
2. MALLADO.
Mismas configuración que el Pistón.
Elección de estructura nodal: Tetraedro Parabólico de 4 Nodos. (TE04)
Longitud media del elemento tetraedro de 5 mm.
3. APLICACIÓN DE CARGAS.
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4. RESTRICCIONES.
Restricción tipo empotramiento sobre la superficie interior del taladro donde va alojado la
pieza nº 5 (cigüeñal).
5. RESULTADOS.
VON MISES.
Valor máximo de los esfuerzos
de Von Mises, justo en los
nervios por debajo de la cogida
del pistón. 0.045 MPa.
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PRINCIPAL STRESS.
Se observa como los esfuerzos principales en la pieza se concentran con mayor intensidad
en la misma zona que para los esfuerzos de Von Mises, además se observa como a medida
que nos vamos alejando de la carga aplicada los esfuerzos disminuyen.
TRANSLATION DISPLACEMENT.
La mayor deformación en la pieza se observa sobre la cabeza de la biela más cercana a la carga
aplicada.
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ESTIMATED ERROR.
La mayor expansión de energia sobre la pieza coincide con la zona donde se reflejan mayores
esfuerzos en la misma, esta expansión influye directamente sobre la deformación en la misma.
TENSOR COMPONENT.
La resultante de los esfuerzos combinados ( cortantes y normales) se concentran mayormente
en la zona indicada en rojo sobre la grafica,y seguidamente en el pie y cabeza de esta.
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PRINCIPAL SHEARING ( ESF. CORTANTES)
Los mayores esfuerzos cortantes coinciden en la misma zona que el resto de resultados, en
union entre el pie y el cuerpo de la biela.