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Esta actividad se corresponde con el TRABAJO 4 de los incluidos en el apartado “Evaluación” de la “Guía Docente”. La actividad práctica que nos ocupa consiste en realizar una simulación por el MEF aplicada a una pieza sencilla bajo unas condiciones de contorno simples. En esta actividad utilizaremos el programa de elementos finitos denominado ANSYS CLASSIC 18.
Para facilitar la realización de la actividad se pondrá a disposición de los alumnos documentos MP4 que muestran el proceso completo aplicado a una pieza que se toma como ejemplo con el programa informático seleccionado. Es posible que de una misma aplicación informática se utilicen diferentes versiones. Como se indica en la presentación, las piezas que hemos seleccionado son algunos de los COMPONENTES LEGO TECHNIC VIRTUALES que estamos utilizando para la creación de modelos de Maquinas Lego Technic Virtuales desde hace más de diez años en otras asignaturas de la Escuela. Todos ellos son fácilmente accesibles, pues forman parte de cualquier caja de Lego Technic que se puede encontrar en cualquier juguetería. Los componentes originales reales son de plástico, pero nosotros para realizar la simulación por elementos finitos los vamos a considerar de acero estructural, de acero AISI 304, que hemos comprobado se encuentra dentro de la biblioteca de materiales existentes en cualquier de las aplicaciones informáticas que vamos a utilizar. Este debería facilitar la comparación de los resultados obtenidos con cada una de ellas. Se ha de utilizar el mismo componente virtual facilitado como material personalizado en la actividad previa. El proceso detallado que ha de realizarse utilizando las difrerentes aplicaciones informáticas se encuentra recogido en documentos MP4, uno para cada aplicación e incluso cada versión, creados por el autor de este módulo, y en los que se utiliza una PIEZA elegida entre las disponibles que se toma como EJEMPLO. Todos ellos pueden encontrarse en el siguiente canal de UPV[Media]: 2012-02 - Análisis Estático por Elementos Finitos Componente Lego Technic. Dado que lo que se pretende es realizar un primer contacto con este tipo de simulaciones, las condiciones del análisis a realizar con el componente virtual seleccionado se han unificado estableciéndolo en uno de los más sencillos posibles: una superficie o varias del componente las supondremos completamente fijadas, y aplicaremos una carga de presión en otra superficie de valor 500.000,00 N/m2. Dado que uno de los resultados que obtendremos será como se deformará el componente bajo estas condiciones de análisis, se ha considerado conveniente establecer para cada componente las condiciones específicas del análisis a realizar, especificando la superficie fijada y aquella en la que se aplicara la carga de presión. Debido a la variedad de formas que tienen los más de 360 componentes seleccionados, este planteamiento parece ser el más razonable, pues permitirá dar respuesta en cada uno de los componentes a la siguiente pregunta: ¿Cómo se deformaría el componente cuando lo tuviésemos inmovilizado en una parte concreta del mismo, y lo sometiéramos a una fuerza distribuida importante en otra, siendo su material acero?
Genericamente esta actividad consiste en crear modelos de elementos finitos de la PIEZA asignada: (1) definiendo un mismo material en las todas las aplicaciones informáticas que se utilicen; (2) generando una malla adecuada, consiguiendo en la medida de lo posible que tanto el tipo y la cantidad de elementos como el número de nodos sea similar en las generadas con los distintos códigos; (3) realizar un análisis en cada uno de ellos, con las mismas condiciones de contorno y cargas aplicadas, y comparar los resultados que se obtengan. Se ha de inmovilizar por completo una de las superficies que definen el contorno de la pieza asignada, y se ha de aplicar una carga de presión en otra superficie de valor 0,5 MPa. Para documentar esta actividad se ha de elaborar un documento de texto que contenga: (1) las características del material, teniendo en cuenta que se pretende realizar un análisis estático, elástico, lineal con material isotrópico; (2) los resultados de la generación de elementos finitos realizada, incluyendo una imagen representativa de la malla de elementos finitos obtenida con cada uno de los códigos utilizados; (3) el valor del desplazamiento máximo obtenido en la pieza con cada código, incluyendo una imagen representativa de los desplazamientos en toda ella; (4) el valor de la tensión máxima que se obtiene en las condiciones de análisis establecidas, aportando imagen de su distribución con cada código. Todos los documentos MP4 de corta duración donde se muestra el proceso completo seguido para el desarrollo de este ejercicio con las aplicaciones mencionadas y utilizando la pieza EJEMPLO considerada, tienen la misma estructura: (1) Se define el material; (2) Se establecen las restricciones en desplazamientos y la carga de presión considerada; (3) Se genera la malla de elementos finitos; (4) Se soluciona el problema numéricamente; (5) Se leen los resultados, pues estos suelen estar en ficheros; (6) Se visualizan los desplazamientos experimentados por la pieza bajos las condiciones de análisis establecidas; (7) Se visualizan las tensiones equivalentes de Von Mises; y (8) Se guarda adecuadamente el desarrollo realizado para que sea posible verificarlo por parte del profesor responsable tras la entrega de la actividad.
En la cuenta del material de referencia existen unos documentos MP4 en los que se indica de forma secuencial para todas las piezas que se consideran en este tipo de actividad, las condiciones de contorno y las cargas aplicadas para cada componente, es decir la superficie o superficies del contorno que se han de inmovilizar por completo y en cuales se ha de aplicar la carga de presión de valor 0,5 MPa.
En la cuenta de entrega se han de subir todos los ficheros que se han generado al realizar el análisis con el programa utilizado, así como el documento Word elaborado.