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8/3/2019 Manual Curso Ansys
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Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
Universidad Autnoma del Carmen
Curso introductorio al Anlisis de
Elementos Finitos usando ANSYS
Anlisis estructural
Luis Antonio Hernndez Ramrez
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Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
Tabla de contenido
Presentacin
Estructura 1 .............................................................................................................................................................. 3
Deformacin de una barra debido a su propio peso ........................................................................................... 13
Estructura tridimensional ..............................................................................................................................19
Cilindro de pared delgada en cantilver ........................................................................................................13
Anlisis de Von Mises para una llave de bicicleta ..........................................................................................29
Anlisis de una placa con un agujero circular ................................................................................................. 36
Anlisis de un cilindro hueco .........................................................................................................................42
Deformacin de una barra debido a su propio peso usando elementos 2-D axisimtricos ............................. 47
Anlisis de una placa circular presionada por un cabezal de pistn ................................................................ 49
Anlisis de una lmina axisimtrica con presin interna ................................................................................52
Anlisis de una anillo con abertura ................................................................................................................55
Broche de cinturn de seguridad ..................................................................................................................60
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3Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
Elementos tipo TRUSS
Estructura 1
IntroduccinConsidere la estructura de un balcn que se muestra en la figura 1, en donde se especifican las
dimensiones. Se est interesado en determinar la deflexin en cada uno de los puntos sometidos
a las fuerzas que se especifican en la figura. Todos los miembros son hechos con madera Douglas
con un mdulo de elasticidad6 2
1.90 10 E lb in= y de una seccin transversal de2
8 in .
Tambin se est interesado en esfuerzo promedio en cada miembro. Resuelva el problema por
medio de ANSYS y compare los resultados con los obtenidos por un mtodo analtico.
Fase de pre- proceso.1. Seleccin del tipo de anlisis
Elegir dentro de todas las disciplinas de anlisis la que corresponda al caso. Siga la
siguiente ruta.
Main menu > Preferences
1 2
3 4 5
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
3 ft 3 ft
3 ft
500 lb 500 lb
Figura 1 Esquema de la estructura de un balcn
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4Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
En la ventana Preferences for GUI Filtering seleccionar la opcin structural.
2. Seleccin del tipo de elementoSe seleccionar un elemento tipo Truss o su equivalente, el tipo Link.
Main menu > Preprocessor > Element type > Add/ Edit/ Delete
En la ventana Element Types presionar ADD. Aparecer la ventana Library of Element Types,
donde se elegir Linken la primera columna y 2D spar 1 en la segunda y aceptar.
Asegurarse de que en la ventana Element Types aparesca ahora el tipo de elemento que se
seleccion (LINK1). Cerrar si ha ocurrido esto, en caso contrario repita el paso 2 .Una vez que
hemos seleccionado el tipo de elemento podemos ingresar el grosor del mismo.
Main menu > Preprocessor > Real Constant > Add/ Edit/ Delete
En la ventana Real Constants presionar ADD. Aparecer la ventana Element Type for Real
Constants, en donde el nico elemento seleccionado debe de ser el LINK1. Presionar OK y
emerge la ventana Real Constants Set Number 1, for LINK1 en la que se ingresar en rea de
los elementos, en unidades consistentes. ANSYS regresa a la ventana Real Constants donde se
podr observar que se tiene un grupo de constantes seleccionados (SET 1).
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5Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
3. Propiedades del materialRecordando de la seccin introductoria, solo se tiene como propiedad el modulo de elasticidad
de tipo de madera Douglas. Siga la siguiente ruta para ingresarlo.
Main menu > Preprocessor > Material Props > Material Models
En la ventana Define Material Model Behavior seleccionamos un material lineal isotrpico. En
el cuadro Linear Isotropic Properties for Material Number 1 ingresaremos en EX el valor de
6 21.90 10 E lb in= . Una advertencia de que el valor del modulo de Poissons se tomar
como cero aparece. Cerrar la advertencia.
4. Construccin del modeloPor medio de nodos en el plano se construir el modelo. Las coordenadas de los mismos
se encuentran en pulgadas en la tabla 1. Siga la ruta de abajo para ingresarlos.
Main menu > Preprocessor > Modeling > Create > Nodes > In Active CS
Tabla 1 Coordenadas para los nodos
Nodo X Y
#1 0 0
#2 36 0
#3 0 36
#4 36 36
#5 72 36
Dentro de la ventana Create Nodes in Active Coordinate System se bajan los datos de la tabla 1.
En la imagen se encuentra el ejemplo para el nodo #1.
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6Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
En el visor de grficos se muestra el resultado de la operacin. Cada uno de los nodos se
unir entre s, de acuerdo a la figura 1, por medio de elementos, a los que se le ingresaron
todas las propiedades en los pasos 2 y 3.
Main menu > Preprocessor > Modeling > Create > Elements > Auto Numbered > Thru Nodes
Seleccionar los nodos #1 y #2 y presionar APPLY en la ventana Elements from Nodes.
Seguidamente seleccionar los nodos #2 y #3 para formar el segundo elemento y presionar
APPLYen la misma ventana. Repetir esto para todos los nodos, hasta formar la geometra de la
figura 1.
En el visor de grficos se muestra la geometra terminada.
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7Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
Fase de solucin5. Declaracin de las restricciones del modelo
Primeramente se declararn las fuerzas sobre la estructura. Hay dos fuerzas de igual
intensidad sobre los nodos #4 y #5.
Main menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Force/Moment > On nodes
Seleccionar los nodos mencionados y en la ventana Apply F/M on Nodes presionar OK. Otra
ventana con el mismo nombre aparece, donde en la opcin Lab se elige FY y en VALUE se
ingresar el valor de -500. Presionar OK.
Las restricciones se encuentran en los nodos #1 y #3. Se restringirn todas las direcciones de
desplazamiento. Seleccionar los nodos mencionados y en la ventanaApply U, ROT on Nodes
presionar OK. Otra ventana con el mismo nombre aparece, donde en la opcin Lab2 se elige
UXy UY. Presionar OK.
Main menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Displacement > On nodes
En el visor de grficos se obtiene el modelo de la estructura con seis elementos.
6. SolucinPara que ANSYS resuelva el modelo, siga la siguiente ruta.
Main menu > Solution > Solve > Current LS
Una nota de que el modelo ha sido resuelto emerge. Cerrar la nota.
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8Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
Fase de Post- proceso7. Desplazamientos
ANSYS reconoce a esto como un anlisis de grados de libertad en los nodos. Seguir la siguiente
ruta para el ploteo de los resultados de desplazamiento.
Main menu > General Postproc > Plot Results > Contour Plot > Nodal Solution
En la ventana Contour Nodal Solution Data elegir la opcin Displacement Vector Sum. Presionar
OK. El resultado se muestra en el visor de grficos.
En la grfica se observa que el nodo #1 tiene el desplazamiento mnimo, mientras que el nodo
#6 tiene el mximo. Para saber los desplazamientos de los nodos restantes siga la siguiente
ruta:
Main menu > General Postproc > List Results > Nodal Solution
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9Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
En la ventana List Nodal Solution elegir nuevamente la opcin Displacement Vector Sum.
Presionar OK. Una tabla de los resultados se muestra, en donde se constata que el
desplazamiento mayor ocurri en el nodo #6.
8. EsfuerzosLos esfuerzos que se deben de obtener del problema son uniaxiales, por lo que le criterio de
Von Mises no puede ser empleado. Para este tipo de esfuerzos es necesario utilizar la
herramienta de Tabla de Elemento.
Main menu > General Postproc > Element Table > Define Table
En la ventana Element Table Data presionar ADD. Aparecer la ventana Define AditionalElement Table Items en la que en la opcin Lab pondremos la etiqueta de Fuerza, y en la opcin
Item Comp elegir en la primera columna By sequence num y en la segunda SMISC. En el cuadro
de abajo ingresar el identificador del elemento al que se refiere (1). Presionar OK.
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10Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
ANSYS regresa a la ventana Element Table Data, en donde debe de asegurarse que se
encuentre seleccionada la etiqueta que se ha hecho. Repetir los pasos anteriores si no se da el
caso. Presionar de nuevo ADD para ingresar otra tabla. Aparecer la ventana Define Aditional
Element Table Items en la que en la opcin Lab pondremos la etiqueta de Esfuerzo, y en la
opcin Item Comp elegir en la primera columna By sequence num y en la segunda LS. En elcuadro de abajo ingresar el identificador del elemento al que se refiere (1). Presionar OK.
En la ventana Element Table Data aparecen ambas etiquetas.
Ahora se procede al ploteo de ambas tablas.
Main menu > General Postproc > Element Table > Plot Elem Table
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11Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
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En la ventana Contour Plot Element Table Data seleccionamos en Itlab la etiqueta Fuerza y
obtenemos el grfico. De la misma forma se obtiene el grfico de esfuerzos. En el ploteo se
puede observar que el esfuerzo mayor ocurre en el elemento #2.
Para saber las fuerzas y los esfuerzos en los nodos restantes se hace una lista de todos los
dems puntos.
Main menu > General Postproc > Element Table > List Elem Table
En la ventana List Element Table Data seleccionamos ambas etiquetas (FUERZA y ESFUERZO) y
presionamos OK. En la tabla se verifican los resultados.
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12Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
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13Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
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Deformacin de una barra debido a su propio peso
IntroduccinConsidere la barra de acero de seccin transversal uniforme que se muestra en la figura 2, la cual
est fijada en su extremo superior, lo que le impide movimientos rotatorios y translacionales. La
densidad de la masa, el mdulo de elasticidad, y la razn de Poisson del acero son
20.284 lb in = , 630 10 psiE= , y 0.3 = , respectivamente, y la aceleracin gravitacional es2386.2205 in secg = . Se pretende encontrar la elongacin de la barra en su extremo inferior
debido a su propio peso. La direccin positiva del eje Yes opuesta a la direccin de la aceleracin
gravitacional, como se muestra en la figura.
Fase de pre- proceso.1. Seleccin del tipo de anlisis
Elegir dentro de todas las disciplinas de anlisis la que corresponda al caso. Siga la
siguiente ruta.
Main menu > Preferences
En la ventana Preferences for GUI Filtering seleccionar la opcin structural.
2. Seleccin del tipo de elemento
y
z x
20 in
4 in
g
Figura 2 Esquema de una barra deformada por su propio peso
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14Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
Se seleccionar un elemento tipo Truss o su equivalente, el tipo Link.
Main menu > Preprocessor > Element type > Add/ Edit/ Delete
En la ventana Element Types presionar ADD. Aparecer la ventana Library of Element Types,
donde se elegir Linken la primera columna y 2D spar 1 en la segunda y aceptar.
Asegurarse de que en la ventana Element Types aparesca ahora el tipo de elemento que se
seleccion (LINK1). Cerrar si ha ocurrido esto, en caso contrario repita el paso 2 .Una vez que
hemos seleccionado el tipo de elemento podemos ingresar el grosor del mismo.
Main menu > Preprocessor > Real Constant > Add/ Edit/ Delete
En la ventana Real Constants presionar ADD. Aparecer la ventana Element Type for Real
Constants, en donde el nico elemento seleccionado debe de ser el LINK1. Presionar OK y
emerge la ventana Real Constants Set Number 1, for LINK1 en la que se ingresar en rea de
12.5664, de acuerdo al radio de 2 in. ANSYS regresa a la ventana Real Constants donde se
podr observar que se tiene un grupo de constantes seleccionados (SET 1).
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15Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
3. Propiedades del materialRecordando de la seccin introductoria, se tienen los valores de la densidad, el mdulo de
elasticidad y la razn de Poisson. Siga la siguiente ruta.
Main menu > Preprocessor > Material Props > Material Models
En la ventana Define Material Model Behavior seleccionamos un material lineal isotrpico. En
el cuadro Linear Isotropic Properties for Material Number 1 ingresaremos en EX el valor de
6 230 10 E lb in= , y en PRXYel de 0.3. Cerrar la ventana y elegimos la opcin Density.
La ventana Density for Material Number 1, en la que se coloca el valor de 0.284 en DENS.
4. Construccin del modeloPor medio de nodos en el plano se construir el modelo. Las coordenadas de los mismos
se encuentran en pulgadas en la tabla 2. Siga la ruta de abajo para ingresarlos.
Main menu > Preprocessor > Modeling > Create > Nodes > In Active CS
Dentro de la ventana Create Nodes in Active Coordinate System se bajan los datos de la tabla 2.
En la imagen se encuentra el ejemplo para el nodo #1.
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16Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
Tabla 2 Coordenadas para los nodos
Nodo X Y
#1 0 0
#2 0 -20
En el visor de grficos se muestra el resultado de la operacin. Ambos nodos se unirn
entre s, de acuerdo a la figura 2, por medio de elementos, a los que se le ingresaron todas
las propiedades en los pasos 2 y 3.
Main menu > Preprocessor > Modeling > Create > Elements > Auto Numbered > Thru Nodes
Seleccionar los nodos #1 y #2 y presionar OKen la ventana Elements from Nodes. En el visor de
grficos se muestra la geometra terminada.
Fase de solucin5. Declaracin de las restricciones del modelo
Declarar la aceleracin gravitacional.
Main menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Inertia > Gravity > Global
En la ventana Apply (Gravitacional) Acceleration ingresar en ACELY el valor de -386.2205.
Presionar OK.
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17Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
La restriccin se encuentra en el nodo #1. Se restringirn todas las direcciones de
desplazamiento. Seleccionar el nodo y en la ventana Apply U, ROT on Nodes presionar OK.
Otra ventana con el mismo nombre aparece, donde en la opcin Lab2 se elige ALL DOF.
Presionar OK.
Main menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Displacement > On nodes
En el visor de grficos se obtiene el modelo de la estructura con seis elementos.
6. SolucinPara que ANSYS resuelva el modelo, siga la siguiente ruta.
Main menu > Solution > Solve > Current LS
Una nota de que el modelo ha sido resuelto emerge. Cerrar la nota.
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18Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
Fase de Post- proceso7. Desplazamientos
La tensin del elemento en el nodo #2 se encuentra por medio de una solucin nodal.
Main menu > General Postproc > Plot Results > Contour Plot > Nodal Solution
En la ventana Contour Nodal Solution Data elegir la opcin Y- Component Displacement.
Presionar OK. El resultado se muestra en el visor de grficos.
En la grfica se observa que el nodo #1 tiene el desplazamiento mnimo, mientras que el nodo
#2 tiene el mximo, correspondiente a 0.000731 in aproximadamente.
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19Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
Estructura tridimensional
IntroduccinEn la estructura mostrada en la figura 3 se desea conocer la defleccin en la unin 2 bajo las
fuerzas mostradas. Las coordenadas cartesianas de las uniones con respecto al sistema
coordenado mostrado en la figura estn dadas en pies. Todos los miembros son hechos de
aluminio con un mdulo de elasticidad de 610.6 10 psiE = y una area de seccin transversal de2
1.56 in .
Fase de pre- proceso.1. Seleccin del tipo de anlisis
Elegir dentro de todas las disciplinas de anlisis la que corresponda al caso. Siga la
siguiente ruta.
Main menu > Preferences
Figura 3 Esquema de una estructura tridimensional
x
z
y
1
2
3
4
(0, 0, 3)
(0, 6, 0)
(0, 0, -3)
(6, 0, 0)
UX=0
UZ=0
UX=0
UY=0
UX=0
200 lb
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20Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
En la ventana Preferences for GUI Filtering seleccionar la opcin structural.
2. Seleccin del tipo de elementoSe seleccionar un elemento tipo Truss o su equivalente, el tipo Link.
Main menu > Preprocessor > Element type > Add/ Edit/ Delete
En la ventana Element Types presionar ADD. Aparecer la ventana Library of Element Types,
donde se elegir Linken la primera columna y 3D spar 8 en la segunda y aceptar.
Asegurarse de que en la ventana Element Types aparesca ahora el tipo de elemento que se
seleccion (LINK1). Cerrar si ha ocurrido esto, en caso contrario repita el paso 2 .Una vez que
hemos seleccionado el tipo de elemento podemos ingresar el grosor del mismo.
Main menu > Preprocessor > Real Constant > Add/ Edit/ Delete
En la ventana Real Constants presionar ADD. Aparecer la ventana Element Type for Real
Constants, en donde el nico elemento seleccionado debe de ser el LINK8. Presionar OK y
emerge la ventana Real Constants Set Number 1, for LINK8 en la que se ingresar en rea de
1.56. ANSYS regresa a la ventana Real Constants donde se podr observar que se tiene un
grupo de constantes seleccionados (SET 1).
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21Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
3. Propiedades del materialRecordando de la seccin introductoria, se tienen los valores de la densidad, el mdulo de
elasticidad. Siga la siguiente ruta.
Main menu > Preprocessor > Material Props > Material Models
En la ventana Define Material Model Behavior seleccionamos un material lineal isotrpico. En
el cuadro Linear Isotropic Properties for Material Number 1 ingresaremos en EX el valor de
6 230 10 E lb in= .
4. Construccin del modeloPor medio de nodos en el plano se construir el modelo. Las coordenadas de los mismos
se encuentran en pulgadas en la tabla 3. Siga la ruta de abajo para ingresarlos.
Main menu > Preprocessor > Modeling > Create > Nodes > In Active CS
Dentro de la ventana Create Nodes in Active Coordinate System se bajan los datos de la tabla 3.
En la imagen se encuentra el ejemplo para el nodo #1.
Tabla 3 Coordenadas para los nodos
Nodo X Y Z
#1 0 0 36
#2 72 0 0
#3 0 0 -36
#4 0 72 0
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22Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
En el visor de grficos se muestra el resultado de la operacin. Cada uno de los nodos se
unir entre s, de acuerdo a la figura 3, por medio de elementos, a los que se le ingresaron
todas las propiedades en los pasos 2 y 3. Para visualizar correctamente la geometra
formada por los nodos se necesita cambiar la vista a obliqua.
Utility menu > Plot Controls > Pan, Zoom, Rotate
En la ventana Pan, Zoom, Rotate se selecciona Obliq. En esta vista se unirn cada uno de
los nodos.
Main menu > Preprocessor > Modeling > Create > Elements > Auto Numbered > Thru Nodes
Fase de solucin5. Declaracin de las restricciones del modelo
Restringir los nodos #1, #3 y #4.
Main menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Displacement > On nodes
Seleccionar los nodos mencionados #1, #3 y #4 y en la ventana Apply U, ROT on Nodes
presionar OK. Otra ventana con el mismo nombre aparece, donde en la opcin Lab2 se elige
UX. Presionar OK.
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23Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
Restringir de nuevo el nodo #1. Seleccionar el nodo y en la ventanaApply U, ROT on Nodes
presionar OK. Otra ventana con el mismo nombre aparece, donde en la opcin Lab2 se elige
UZ. Presionar OK.
Main menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Displacement > On nodes
De la misma manera se restringe de nuevo el nodo #4, ahora en UY.
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24Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
Se declararn la fuerza sobre la estructura en el nodo #2.
Main menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Force/Moment > On nodes
Seleccionar el nodo y en la ventana Apply F/M on Nodes presionar OK. Otra ventana con el
mismo nombre aparece, donde en la opcin Lab se elige FYy en VALUEse ingresar el valor de
-200. Presionar OK.
En el visor de grficos se obtiene el modelo de la estructura con seis elementos.
6. SolucinPara que ANSYS resuelva el modelo, siga la siguiente ruta.
Main menu > Solution > Solve > Current LS
Una nota de que el modelo ha sido resuelto emerge. Cerrar la nota.
Fase de Post- proceso7. Desplazamientos
La tensin del elemento en el nodo #2 se encuentra por medio de una solucin nodal.
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25Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
Main menu > General Postproc > Plot Results > Contour Plot > Nodal Solution
En la ventana Contour Nodal Solution Data elegir la opcin Displacement vector sum. Presionar
OK. El resultado se muestra en el visor de grficos. El desplazamiento mximo se observa en el
nodo #2 y es de 0.0031 in.
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26Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
Cilindro de pared delgada en cantilver
IntroduccinUna versin simple de un cilindro de aluminio en cantiliver se muestra en la figura 4. El grosor de
la pared del cilindro es de 2 mm y es expuesto a una fuerza vertical en su extremo de 100 N. El
mdulo de elasticidad del material es 70 GPaE= , razn de Poisson 0.33 = . Determine un
diagrama de momento flector del cilindro.
Fase de pre- proceso.1. Seleccin del tipo de anlisis
Elegir dentro de todas las disciplinas de anlisis la que corresponda al caso. Siga la
siguiente ruta y elija un anlisis estructural
Main menu > Preferences
2. Seleccin del tipo de elementoSe seleccionar un elemento tipo Pipe16
Main menu > Preprocessor > Element type > Add/ Edit/ Delete
En la ventana Element Types presionar ADD. Aparecer la ventana Library of Element Types,
donde se elegir Pipe en la primera columna y Elastic Straight16 en la segunda y aceptar.
Ingresar las constantes del material
Main menu > Preprocessor > Real Constant > Add/ Edit/ Delete
En la ventana Real Constants presionar ADD. Aparecer la ventana Element Type for Real
Constants. Presionar OKy emerge la ventana Real Constants Set Number 1, for PIPE16 en la
que se ingresar el dimetro exterior en OD y el espesor de la pared en TKWALL.
3. Propiedades del materialElija un material lineal isotrpico e ingrese el modulo de elasticidad (70000) y la razn de
Poisson.
Main menu > Preprocessor > Material Props > Material Models
4. Construccin del modeloIngrese las coordenadas de un total de 2 nodos. Siga la ruta de abajo para ingresarlos.
Figura 4 Esquema de una barra cilndrica en cantilver
500 mm25 mm
100 N
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27Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
Main menu > Preprocessor > Modeling > Create > Keypoints > In Active CS
Tabla 4 Coordenadas para los nodos
Nodo X
#1 0
#2 500
Los nodos se unirn entre s, de acuerdo a la figura 4, por medio de elementos.
Main menu > Preprocessor > Modeling > Create > Elements > Auto Numbered > Thru Nodes
Fase de solucin5. Declaracin de las restricciones del modelo
Restringir el nodo #1 en todas las direcciones por medio deALL DOF.
Main menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Displacement > On nodes
Seleccionar ahora el nodo #2 y aplicarle una carga en la direccin FY de -100.
Main menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Force/Moment > On nodes
6. SolucinPara que ANSYS resuelva el modelo, siga la siguiente ruta.
Main menu > Solution > Solve > Current LS
Una nota de que el modelo ha sido resuelto emerge. Cerrar la nota.
Fase de Post- proceso7. Diagrama de momentos
Ser necesario definir una tabla
Main menu > General Postproc > Element Table > Define Table
En la ventana Element Table Data presionar ADD. Aparecer la ventana Define Aditional
Element Table Items en la que en la opcin Lab pondremos la etiqueta de Fuerza, y en la opcin
Item Comp elegir en la primera columna By sequence num y en la segunda SMISC. En el cuadro
de abajo ingresar el valor de 6, que identifica al momento. Presionar OK.
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28Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
Repetir el proceso, pero ahora con la secuencia SMISC,12. Se procede al ploteo del diagrama de
momentos
Main menu > General Postproc > Plot Results > Contour Plot > Line Elem Res
En la ventana Plot Line- Element Resultseleccionamos en Lab1 a SMIS6 y en Lab2 a SMIS12 y
OK.
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29Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
Anlisis de Von Mises para una llave de bicicl eta
IntroduccinLa llave de bicicleta mostrada en la figura 5 est hecha de acero con un mdulo de elasticidad
200 GPaE= y una razn de Poisson 0.3= . La llave tiene un espesor de 3 mm . Determine los
esfuerzos en la geometra por medio del criterio de fallo de Von Mises bajo la carga distribuida y
las condiciones de frontera dadas.
Fase de pre- proceso.1. Seleccin del tipo de anlisis
Elegir dentro de todas las disciplinas de anlisis la que corresponda al caso. Siga la
siguiente ruta y elija un anlisis estructural
Main menu > Preferences
2. Seleccin del tipo de elementoSe seleccionar un elemento tipo PLANE82.
Main menu > Preprocessor > Element type > Add/ Edit/ Delete
En la ventana Element Types presionar ADD. Aparecer la ventana Library of Element Types,
donde se elegir Soliden la primera columna y 8node 82 en la segunda y aceptar.
De regreso a la ventana Element Types debe de aparecer sealado el primer tipo de
elemento, el PLANE82. Con este tipo de elemento se pueden hacer clculos de esfuerzo y
deformacin plana. Para el presente caso, seleccionaremos el de esfuerzo plano. Presione
el botn Options de la ventana Element Types. Aparece la ventana PLANE82 element
type options. Cambiar en la seccin Element behaviora Plane strs w/thky OK.
Figura 5 Esquema de una llave para bicicleta
1 cm 1 cm
1.5 cm3 cm
R = 1.25 cm Los lados del hexgono de en
medio son de 9 mm de longitud
Los lados de los hexgonos del
extremo son de 7 mm de longitud
88 N/cm
Restringir todas las direcciones
alrededor de este hexgono
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30Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
Ingresar las constantes del material
Main menu > Preprocessor > Real Constant > Add/ Edit/ Delete
En la ventana Real Constants Set Number 1, for PLANE82 ingresar el espesor del elemento en
centmetros.
3. Propiedades del materialElija un material lineal isotrpico e ingrese el modulo de elasticidad y la razn de Poisson.
Main menu > Preprocessor > Material Props > Material Models
Ingrese el modulo de elasticidad en unidades de Newton por centmetro cuadrado, para ser
consistentes (5 2
200 10 N cm ).
4. Construccin del modeloSe construir la mitad de la geometra y se proyectar la otra parte por su eje de simetra.
Iniciar con el rectngulo.
Main menu > Preprocessor > Modeling > Create > Areas > Rectangle > By Dimensions
En la ventana Create Rectangle by Dimensions ingresar las coordenadas de 1, 4, 0.75 y -0.75
paraX1,X2, Y1, y Y2, respectivamente.
Crear el crculo del extremo, e ingresar los valores de 4, 0, y 1.25 para WP X, WP Y, y Radius,
respectivamente.
Main menu > Preprocessor > Modeling > Create > Areas > Circle > Solid Circle
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31Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
Unir las reas por medio de la funcin BooleanaAdd.
Main menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Add > Areas
Seleccionar ambas reas y presionar el botn OK en la ventana Add Areas. Ahora solo
tenemos una sola. Ahora crear el hexgono del extremo.
Main menu > Preprocessor > Modeling > Create > Areas > Polygon > Hexagon
Los valores a ingresar con 4, 0, y 0.7 para WP X, WP Y, y Radius, respectivamente.
Eliminar el rea del hexgono por Booleanas.
Main menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Subtract > Areas
Sealar el rea mayor y presionar OK en la ventana Subtract Areas. Luego sealar el rea
del hexgono y volver a presionar OKen la misma ventana. El resultado de esta operacin
se muestra en la siguiente figura.
Reflejar el rea que hemos formado. Siga la siguiente ruta para ello.
Main menu > Preprocessor > Modeling > Reflect > Areas
Seleccionar el rea y presionar OK. En la ventana Reflect Area elegir la opcin Y-Z plane en
la seccin Ncomp y presionar OK. Ello genera la siguiente geometra
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32Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
Ahora se crear el crculo central. Como en el caso del anterior, se crear por medio de un
crculo slido.
Main menu > Preprocessor > Modeling > Create > Areas > Circle > Solid Circle
Ingresar los valores de 0, 0, y 1.25 para WP X, WP Y, y Radius, respectivamente. Antes de
proseguir se necesita que tanto las reas reflejadas como el crculo central sean slo un rea.
Main menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Add > Areas
Seleccionar las tres reas y presionar OK en la ventana Add Areas. El modelo debe lucir
como sigue.
Crear el rea del hexgono central.
Main menu > Preprocessor > Modeling > Create > Areas > Polygon > Hexagon
Los valores a ingresar con 0, 0, y 0.9 para WP X, WP Y, y Radius, respectivamente. Luego
substraer el rea del hexgono del resto del modelo.
Main menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Subtract > Areas
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33Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
Seleccionar el rea mayor y presionar OK en la ventana Subtract Areas. Luego el rea del
hexgono y presionar de nuevo OK. El modelo completo luce como sigue.
5. MalladoMallar con un tamao de elemento de 0.1. Siga la siguiente ruta
Main menu > Preprocessor > Modeling > Meshing > Size Cntrls > ManualSize > Areas > All
Areas
En la ventana Element Sizes on All Selected Areas ingresar el valor de 0.1 en SIZE. Luego OK.
Ahora se procede al mallado del modelo.
Main menu > Preprocessor > Modeling > Meshing > Mesh > Areas > Free
Seleccionar Pick All en la ventana Mesh Areas para mallar todas las areas.
Fase de solucin6. Declaracin de las restricciones del modelo
Restringir en todas las direcciones.
Main menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Displacement > On Lines
Sealar las lneas que formar el contorno del hexgono izquierdo y restringirlo en todas
las direcciones. Aplicar condiciones de fuerzas en la frontera.
Main menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Pressure > On Lines
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34Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
Seleccionar la lnea en donde se encuentra la fuerza distribuida. En la ventana Apply PRES on
lines ingresar el valor de 88 en Value Load PRES ypresionar OK.
La siguiente figura muestra el modelo completo, con las condiciones de frontera y lasrestricciones incluidas.
7. SolucinPara que ANSYS resuelva el modelo, siga la siguiente ruta.
Main menu > Solution > Solve > Current LS
Una nota de que el modelo ha sido resuelto emerge. Cerrar la nota.
Fase de Post- proceso8. Desplazamientos
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35Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
Seguir la siguiente ruta para el ploteo de los resultados de esfuerzo por el criterio de von
Mises.
Main menu > General Postproc > Plot Results > Contour Plot > Nodal Solution
En la ventana Contour Nodal Solution Data elegir la opcin von Mises stress. Presionar OK. El
resultado se muestra en el visor de grficos.
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36Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
Anlisis de una placa con un agujero circular
IntroduccinUna placa cuadrada (9 x 9 cm) con un agujero circular (radio r = 0.25 cm) es sujeta por su
superficie superior a una carga de tensin distribuida uniformemente (1000 N/cm) en la direccin
vertical, mientras que la superficie inferior est renstringida. Los grosores de la placa son de 1.2 y
0.63 cm. El mdulo de elasticidad del material es 120 GPaE= y la razn de Poisson es 0.2 = .Obtener los desplazamientos y las grficas de esfuerzo resultantes de las condiciones de frontera.
Fase de pre- proceso.1. Seleccin del tipo de anlisis
Elegir dentro de todas las disciplinas de anlisis la que corresponda al caso. Siga la
siguiente ruta y elija un anlisis estructural
Main menu > Preferences
2. Seleccin del tipo de elementoSe seleccionar un elemento tipo PLANE82.
Main menu > Preprocessor > Element type > Add/ Edit/ Delete
Cambiar en comportamiento del material al de esfuerzo plano con grosor.En la ventana
Element Types presione el botn Options, aparece la ventana PLANE82 element type
options. Cambiar en la seccin Element behaviora Plane strs w/thky OK.
Ingresar las constantes del material
Main menu > Preprocessor > Real Constant > Add/ Edit/ Delete
Figura 6 Geometra y carga de una placa circular con un agujero circular
1000 N/cm
1 cm4 cm 4 cm
9 cm
0.5 cm
4.5 cm
t1 = 0.63 cmt2 = 1.2 cm
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37Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
En la ventana Real Constants Set Number 1, for PLANE82 ingresar el espesor del elemento en
centmetros. PresionarApplyy ahora en Real Constant Set No escribir 2, e ingresar el segundo
grosor.
3. Propiedades del materialElija un material lineal isotrpico e ingrese el modulo de elasticidad y la razn de Poisson.
Main menu > Preprocessor > Material Props > Material Models
4. Construccin del modeloSe construir la mitad de la geometra y se proyectar la otra parte por su eje de simetra.
Iniciar con el rectngulo.
Main menu > Preprocessor > Modeling > Create > Areas > Rectangle > By Dimensions
En la ventana Create Rectangle by Dimensions ingresar las coordenadas de 0, 0.5, -4.5 y 4.5para X1, X2, Y1, y Y2, respectivamente. Crear otro rectngulo pero ahora con las siguientes
dimensiones: 0.5, 4.5, -4.5, 4.5 para X1, X2, Y1, y Y2, respectivamente. Crear el crculo, e
ingresar los valores de 0, 0, y 0.25 para WP X, WP Y, y Radius, respectivamente.
Main menu > Preprocessor > Modeling > Create > Areas > Circle > Solid Circle
Eliminar el rea del crculo por Booleanas.
Main menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Glue > Areas
Unir las reas por medio de la funcin Booleana Glue.
Main menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Add > Areas
Reflejar el rea que hemos formado. S iga la siguiente ruta para ello.
Main menu > Preprocessor > Modeling > Reflect > Areas
Seleccionar el rea y presionar OK. En la ventana Reflect Area elegir la opcin Y-Z plane en
la seccin Ncomp y presionar OK.
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38Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
Mallado
Mallar con un tamao de elemento de 0.1 y 0.05. Primero cambiar el grupo de constantes
al SET2. Siga la siguiente ruta
Main menu > Preprocessor > Modeling > Meshing > MeshTool
En la seccin Element Attributes presionar el botn Set, encerrado en un crculo en la siguiente
figura. Aparece la ventana Meshing Attributes, en la que en la seccin REAL, cambiar a la
opcin 2 y cerrar. De regreso en la ventana MeshToolen la seccin Size Controls Presionar el
botn SETde Global, encerrado tambin en un circulo en la imagen siguiente. En la ventana
Global Element Size ingresar en SIZE el valor de 0.05 y OK. Volver a la ventana MeshTool y
asegurarse de que se encuentre Areas en Mesh. Debajo, en Shape, cambiar a Triy a Free, y
presionar el botn Mesh y seleccionar el rea que posee la discontinuidad (el crculo
substrado).
Main menu > Preprocessor > Modeling > Meshing > MeshTool
Cambiar set de constantes
Modificar el tamao de los
elementos
Mallar solamente reasCambiar forma de elemento a
triangular
Mallar a la eleccin de la
computadora
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39Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
Mallar ahora el rea sin discontinuidad. Ir a la ventana MeshTooly repetir el proceso anterior,
pero cambiando el grupo de constantes al SET 1, con un tamao de elemento de 0.1 y con una
forma cuadrada. Para poder observar dicha rea primero cambie la opcin de ploteo. El
resultado de toda esta operacin se encuentra en la siguiente figura.
Utility menu > Plot > Areas
Como se puede observar se ha dejado un mallado ms denso en el rea de la discontinuidad
para aproximar mas la solucin del FEM al real; adems de que la forma del elemento ayuda
aun mas en cuerpos curvos.
Debido a las condiciones de simetra tanto de la geometra como de las cargas, el modelo
puede ser resuelto con la mitad de l.
Fase de solucin5. Declaracin de las restricciones del modelo
Restringir en todas las direcciones.
Main menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Displacement > On Lines
Sealar las lneas inferiores de los dos elementos y restringir por medio de ALL DOF. Luego
restringir en la direccin UX solo la lnea izquierda del modelo, excepto las lneas curvas.
Aplicar condiciones de fuerzas en la frontera.
Main menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Pressure > On Lines
Seleccionar las lneas superiores de ambos elementos En la ventana Apply PRES on lines
ingresar el valor de -1000 en Value Load PRES y presionar OK.
6. SolucinPara que ANSYS resuelva el modelo, siga la siguiente ruta.
Main menu > Solution > Solve > Current LS
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40Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
Fase de Post- proceso7. Desplazamientos
Seguir la siguiente ruta para el ploteo de los resultados de desplazamientos
Main menu > General Postproc > Plot Results > Deformed Shape
Seleccionar la ltima opcin (Def + undef edge). El modelo deformado se observa en la
siguiente figura.
8. EsfuerzosPlotear para cada direccin (Xy Y) el comportamiento del esfuerzo
Main menu > General Postproc > Plot Results > Contour Plot > Nadal Solu
Representar en una grfica el comportamiento de los esfuerzos. Primero determinar un
camino por el cual evaluar la variable.
Main menu > General Postproc > Path Operations > Define Path > By Nodes
Elegir los nodos que se encuentren en el intervalo (0.5, 0), (4.5, 0) y OK. En la ventana By Nodes
escribir como etiqueta Esfuerzo y OK. Elegir la variable que se quiere graficar.
Main menu > General Postproc > Path Operations > Map onto Path
Elegir en Stress en la ventana Map Result Items onto Path la opcin SYy OK. Despus graficar
elegiendo a SY. Lo mismo para SX.Main menu > General Postproc > Path Operations > Plot Path Item > On Graph
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41Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
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42Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
Anlisis de un cilindro hueco
IntroduccinUn cilindro de dos materiales es sujeto a una presin interna de 2000 N/cm, como se muestra en
la figura 7. Las propiedades del cilindro interno son: mdulo de elasticidad1
200 GPaE = ,
10.33 = ; para el cilindro externo:
2100 GPaE = y 2 0.33 = . Determine un diagrama de
esfuerzos.
Fase de pre- proceso.
1. Seleccin del tipo de anlisisElegir dentro de todas las disciplinas de anlisis la que corresponda al caso. Siga la
siguiente ruta y elija un anlisis estructural
Main menu > Preferences
2. Seleccin del tipo de elementoSe seleccionar un elemento tipo PLANE42.
Main menu > Preprocessor > Element type > Add/ Edit/ Delete
Cambiar en comportamiento del material al de deformacin plana (plane strain).
3. Propiedades del materialElija un material lineal isotrpico e ingrese el modulo de elasticidad y la razn de Poisson para
cada material.
Main menu > Preprocessor > Material Props > Material Models
4. Construccin del modeloSe construir un cuarto de la geometra
Figura 7 Representacin de esfuerzo plano de un cilindro de dos
materiales bajo una presin interna
E1, 1
E2, 2
10 cm
20 cm
40 cm
2 KN /cm
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43Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
Main menu > Preprocessor > Modeling > Create > Areas > Circle > By Dimensions
En la ventana Circular Area by Dimensions ingresar las coordenadas de 20, 10, 0 y 90 para
RAD1, RAD2, THETA1, y THETA2, respectivamente. Crear otro crculo pero ahora con las
siguientes dimensiones: 40, 20, 0 y 90 para RAD1, RAD2, THETA1, y THETA2, respectivamente.
Main menu > Preprocessor > Modeling > Create > Areas > Circle > Solid Circle
Unir las reas por medio de la funcin Booleana Glue.
Main menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Glue > Areas
5. MalladoMallar con un tamao de elemento de 0.1, con elementos cuadrados y con la opcin
Mapped(3or 4 Sided), empezando con el cilindro interno. Luego cambiar los atributos de
mallado al material No 2 y mallar el cilindro externo con las misma caractersticas.
Main menu > Preprocessor > Modeling > Meshing > MeshTool
Fase de solucin6. Declaracin de las restricciones del modelo
Restringir los nodos coincidentes con x = 0 en UX, y los nodos coincidentes con y = 0 en
UY. Siga la siguiente ruta.
Main menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Displacement > On Lines
Debido a que la presin interna se encuentra aplicada alrededor del crculo, cambiaremos
el sistema de coordenadas a cilndricas.
Utility menu > WorkPlane > Change Active CS to > Global Cylindrical
AhoraANSYS entender la direccinXcomo ry la direccin Ycomo. Aplicar en estas
condiciones las condiciones de frontera.
Main menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Pressure > On Lines
Seleccionar la lnea correspondiente a la seccin circular e ingresar el valor de 2000 y presionar
OK. En el visor de grficos se debe de apreciar algo parecido a la siguiente figura.
Regresar el sistema de coordenadas a cartesianas.
Utility menu > WorkPlane > Change Active CS to > Global Cartesians
7. SolucinPara que ANSYS resuelva el modelo, siga la siguiente ruta.
Main menu > Solution > Solve > Current LS
Una nota de que el modelo ha sido resuelto emerge. Cerrar la nota.
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44Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
Fase de Post- proceso8. Esfuerzos
Plotear para cada direccin (Xy Y) el comportamiento del esfuerzo
Main menu > General Postproc > Plot Results > Contour Plot > Nadal Solu
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45Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
Debido a la geometra circular del problema, es ms conveniente representar los esfuerzos en
coordenadas cilndricas. Para este caso cambiaremos el sistema de coordenadas a cilindrcas.
Main menu > General Postproc > Options for Outp
En la ventana Options for Output seleccionar la opcin Global Cylindric en la seccin RSYS y
presionar OK. Plotear de nuevo los esfuerzos, sabiendo que la direccin X ahora es r, y la
direccin Yes .
Main menu > General Postproc > Plot Results > Contour Plot > Nadal Solu
Representar en una grfica el comportamiento de los esfuerzos. Primero determinar un
camino por el cual evaluar la variable. Elegir los nodos que se encuentren en el intervalo (10,
0), (40, 0) y OK.
Main menu > General Postproc > Path Operations > Define Path > By Nodes
En la ventana By Nodes escribir como etiqueta Esfuerzo y OK. Elegir la variable que se quiere
graficar.
Main menu > General Postproc > Path Operations > Map onto Path
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46Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
Elegir en SXy OK. Despus graficar elegiendo a SX. Lo mismo para SY.
Main menu > General Postproc > Path Operations > Plot Path Item > On Graph
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47Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
Deformacin de una barra debido a su propio peso usando elementos 2-D
axisimtricos
IntroduccinEl problema del ejemplo 2 tambin puede ser resuelto con elementos axisimtricos, debido a que
la geometra y la carga exhiben condiciones de axisimetra. Refirase a la figura 2 para realizar el
modelado y determinar los desplazamientos nodales.
Fase de pre- proceso.1. Seleccin del tipo de anlisis
Elegir dentro de todas las disciplinas de anlisis la que corresponda al caso. Siga la
siguiente ruta y elija un anlisis estructural
Main menu > Preferences
2. Seleccin del tipo de elementoSe seleccionar un elemento tipo PLANE42.
Main menu > Preprocessor > Element type > Add/ Edit/ Delete
Cambiar en comportamiento del material al de axisimetra (Axisymmetric).
3. Propiedades del materialElija un material lineal isotrpico e ingrese 0.2839605,
6
30 10 , y 0.3 como densidad, modulo
de elasticidad y la razn de Poisson, respectivamente.
Main menu > Preprocessor > Material Props > Material Models
4. Construccin del modeloConstruir un rectngulo, que ser revolucionado debido a la condicin de axisimetra,
formando as un cilindro, con 0, 2, 0, -20 paraX1, X2, Y1, Y2.
Main menu > Preprocessor > Modeling > Create > Areas > Rectangle > By Dimensions
5. MalladoMallar con un tamao de elemento de 0.1, con elementos cuadrados y con la opcin Free.
Main menu > Preprocessor > Modeling > Meshing > MeshTool
Fase de solucin6. Declaracin de las restricciones del modelo
Restringir los nodos coincidentes con y= 0 enALL DOF, y los nodos coincidentes con y= 0
en UY. Siga la siguiente ruta.
Main menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Displacement > On Lines
Declarar la aceleracin gravitacional.
Main menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Inertia > Gravity > Global
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48Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
7. SolucinPara que ANSYS resuelva el modelo, siga la siguiente ruta.
Main menu > Solution > Solve > Current LS
Fase de Post- proceso8. Desplazamientos
La tensin del elemento en el nodo #2 se encuentra por medio de una solucin nodal en Y.
Main menu > General Postproc > Plot Results > Contour Plot > Nodal Solution
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49Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
Anlisis de una placa circular presionada por un cabe zal de pistn
IntroduccinUna placa circular de aluminio con un dimetro de 40 cm es presionada hacia abajo por un
cabezal de pisto hecho de acero, como se muestra en la figura 8. El cabezal de pistn tiene dos
secciones con dimetros de 20 y 5 cm. El mdulo de elasticidad y la razn de Poisson del aluminio
son 70 GPaalE = , 0.35al = ; y para acero 200 GPaacE = y 0.3ac = . Obtenga los
desplazamientos y el comportamiento de los esfuerzos cuando el pistn es empujado hacia abajo
5 cm.
Fase de pre- proceso.1. Seleccin del tipo de anlisis
Elegir dentro de todas las disciplinas de anlisis la que corresponda al caso. Siga la
siguiente ruta y elija un anlisis estructural
Main menu > Preferences
2.
Seleccin del tipo de elementoSe seleccionar un elemento tipo PLANE42.
Main menu > Preprocessor > Element type > Add/ Edit/ Delete
Cambiar en comportamiento del material al de axisimetra (Axisymmetric).
3. Propiedades del material
Figura 8 Esquema de una placa circular presionada por un cabezal de
pistn
8 cm
Acero
Aluminio
40 cm
1 cm
2 cm
20 cm
10 cm
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50Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
Elija un material lineal isotrpico e ingrese el modulo de elasticidad y la razn de Poisson para
cada material.
Main menu > Preprocessor > Material Props > Material Models
4. Construccin del modeloSe construir la mitad de la geometra
Main menu > Preprocessor > Modeling > Create > Areas > Rectangle > By Dimensions
Crear varios rectngulos. En la tabla 5 se muestran para cada uno de ellos sus coordenadas.
Tabla 5 Coordenadas de rectngulos para formar un modelo axisimtrico
Rectngulo #1 Rectngulo #2 Rectngulo #3
X1 0 0 0
X2 40 20 5
Y1 0 1 3
Y2 1 3 11
Unir las dos reas correspondientes al pistn en una sola.
Main menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Add > Areas
Unir todas reas por medio de la funcin Booleana Glue.
Main menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Glue > Areas
5. MalladoMallar con un tamao de elemento de 0.5, con elementos cuadrados y con la opcin Free,
empezando con el rectngulo inferior. Luego cambiar los atributos de mallado al material
No 2 y mallar el rea correspondiente al pisto con las misma caractersticas.
Main menu > Preprocessor > Modeling > Meshing > MeshTool
Fase de solucin6. Declaracin de las restricciones del modelo
Restringir los nodos coincidentes con x= 20 en ALL DOF, y los nodos coincidentes con y=11 en UY e ingrese en VALUE el valor del desplazamiento inicial igual a -5. Siga la siguiente
ruta.
Main menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Displacement > On Lines
7. SolucinPara que ANSYS resuelva el modelo, siga la siguiente ruta.
Main menu > Solution > Solve > Current LS
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51Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
Fase de Post- proceso8. Deformaciones
Plotear para cada direccin (Xy Y) el comportamiento de las deformaciones. Elija la opcin Def
+ undef edge.
Main menu > General Postproc > Plot Results > Deformed Shape
9. EsfuerzosPlotear el esfuerzo equivalente, por medio del criterio de von Mises.
Main menu > General Postproc > Plot Results > Contour Plot > Nadal Solu
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52Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
Anlisis de una lmina axisimtrica con presin interna
IntroduccinConsidere el recipiento a presin mostrado en la figura 9 con propiedades elsticas
610 10 psiE =
y 0.3 = . El radio vara, como se observa en la figura, mientras el espesor
permace constante, 0.25 int = . La presin interna es de 300 psi . Determine los esfuerzos
axiales y radiales.
Fase de pre- proceso.
1.
Seleccin del tipo de anlisisElegir dentro de todas las disciplinas de anlisis la que corresponda al caso. Siga la
siguiente ruta y elija un anlisis estructural
Main menu > Preferences
2. Seleccin del tipo de elementoSe seleccionar un elemento tipo SHELL51.
Main menu > Preprocessor > Element type > Add/ Edit/ Delete
3. Constantes realesAgregue el espesor de 0.25 en el seccin Thickness at Node I.Main menu > Preprocessor > Real Constants > Add/ Edit/ Delete
4. Propiedades del materialElija un material lineal isotrpico e ingrese el modulo de elasticidad y la razn de Poisson para
cada material.
Main menu > Preprocessor > Material Props > Material Models
Figura 9 Esquema de recipiente a presin axisimtrico
x
z
y
10 in
17.32 in
10 in
15 in
25 in
15 in
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53Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
5. Construccin del modeloSe construir el perfil de la geometra por medio de keypoints. Las coordenadas de los mismos
se encuentran en la tabla 6.
Main menu > Preprocessor > Modeling > Create > Keypoints > In Active CS
Tabla 6 Coordenadas de keypoints para recipiente con presin interna
x y
#1 25 0
#2 25 10
#3 15 27.32
#4 15 37.32
#5 0 52.32
#6 0 37.32
Unir los pares de keypoints #1 y #2, #2 y #3, y #3 y #4 por medio de lneas
Main menu > Preprocessor > Modeling > Create > Lines > Lines > Straight Line
Crear un arco cuyo centro sea el keypoint #6 y sus puntos finales los keypoints #4 y #5. Ingrese
un radio de 15.
Main menu > Preprocessor > Modeling > Create > Lines > Arcs > By End KPs & Rad
6. MalladoMallar con 20 divisiones para cada lnea.
Main menu > Preprocessor > Modeling > Meshing > MeshTool
Fase de solucin7. Declaracin de las restricciones del modelo
Restringir los nodos coincidentes con las coordenadas (25, 0) y (0, 52.32) en UY y UX,
respectivamente
Main menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Displacement > On Nodes
Aplicar ahora la fuerza interna en todos los elementos.
Main menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Pressure > On Elements
8. SolucinPara que ANSYS resuelva el modelo, siga la siguiente ruta.
Main menu > Solution > Solve > Current LS
Fase de Post- proceso
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54Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
9. DeformacionesPlotear el comportamiento de las deformaciones. Elija la opcin Def + undef edge.
Main menu > General Postproc > Plot Results > Deformed Shape
10.EsfuerzosPor una secuencia numrica encontrar los esfuerzos
Main menu > General Postproc > Element Table > Define Table
Definir el esfuerzo axial por medio de LS, 5. Ingrese la etiqueta EsfAX. Para el esfuerzo radial
elija LS, 7y etiqutelo con EsfRAD.
Plotee los resultados, para el esfuerzo axial y el radial
Main menu > General Postproc > Element Table > Plot Elem Table
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55Curso Introductorio al Anlisis de Elementos Finitos usando ANSYS
Manual de Ejercicios
Anlisis de una anillo con abertura
IntroduccinUn anillo circular de acero con una abertura, mostrado en la figura 11, est sujeto a una fuerza
vertical de 50 lb actuando en la direccin Y negativa en el punto de terminacin, donde las
traslaciones y las rotaciones estn restringidas en todas las direcciones. El anillo tiene una seccin
transversal slida con un radio de 1 in, modulo de elasticidad 630 10 , una razn de Poisson de
0.3 y un momento de inercia 4zz
I = . Encuentre un diagrama de momentos y los
desplazamientos nodales.
Fase de pre- proceso.1. Seleccin del tipo de anlisis
Elegir dentro de todas las disciplinas de anlisis la que corresponda al caso. Siga la
siguiente ruta y elija un anlisis estructural
Main menu > Preferences
2. Seleccin del tipo de elementoSe seleccionar un elemento tipo Beam4
Main menu > Preprocessor > Element type > Add/ Edit/ Delete
Ingresar las constantes del materialMain menu > Preprocessor > Real Constant > Add/ Edit/ Delete
En la ventana Real Constants presionarADD. Aparecer la ventana Element Type for Real
Constants, en donde el nico elemento seleccionado debe de ser el BEAM4. Presionar OKy
emerge la ventana Real Constants Set Number 1, for BEAM4 en la que se ingresar
3.14159265 como rea del elemento, y 0.785398 para IZZe IYY.
Figura 10 Esquema de un anillo circula de acero
x
y
100 in
50 lb
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3. Propiedades del materialElija un material lineal isotrpico e ingrese el modulo de elasticidad y la razn de Poisson.
Main menu > Preprocessor > Material Props > Material Models
4. Construccin del modeloIngrese las coordenadas de un total de 6 keypoints. Las coordenadas de los mismos se
encuentran en pulgadas en la tabla 4. Siga la ruta de abajo para ingresarlos.
Main menu > Preprocessor > Modeling > Create > Keypoints > In Active CS
Tabla 7 Coordenadas para los nodos
Nodo X Y
#1 100 0
#2 -100
#3 -100 0
#4 0 100
#5 100 0
#6 0 0
Observe que el nodo #1 y el nodo #5 tienen las mismas coordenadas. Esto es intencional, para
poder modelar la abertura correctamente. Cada uno de los keypoints se unir entre s, de
acuerdo a la figura 4, por medio de lneas.
Main menu > Preprocessor > Modeling > Create > Lines > Arcs > By end KPs & Rad
Seleccionar los keypoints #1 y #2 y presionar OK en la ventana Arc by end KPs & Rad.Seleccionar ahora el centro de la geometra, nodo #6 y presionar OK. Emerge otra ventana con
el mismo nombre en la que se ingresara el valor de 100 en RAD para obtener la lnea 1. Repetir
esto para todos las lneas L2, L3 y L4 uniendo los nodos (#2, #3), (#3, #4), (#4, #5), todos con el
nodo #6 como centro.
5. MalladoMallar haciendo 10 divisiones por cada lnea
Main menu > Preprocessor > Modeling > Meshing > Size Cntrls > ManualSize > Lines > All
lines
Ahora se procede al mallado del modelo.
Main menu > Preprocessor > Modeling > Meshing > Mesh > Lines
Seleccionar Pick All en la ventana Mesh Lines para mallar todas las lneas.
Fase de solucin
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6. Declaracin de las restricciones del modeloRestringir en todas las direcciones.
Main menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Displacement > On nodes
Sealar los nodos con coordenadas (100,0), en donde se encuentran dos nodos.
Seleccionar el nodo #32 y restringirlo en todas las direcciones.
Aplicar condiciones de fuerzas en la frontera.
Main menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Force/Moment > On nodes
Seleccionar ahora el nodo #1 en vez del #32 y aplicarle una carga en la direccin FY de -50. En
el visor de grficos se obtiene el modelo de la estructura.
7. SolucinPara que ANSYS resuelva el modelo, siga la siguiente ruta.
Main menu > Solution > Solve > Current LS
Fase de Post- proceso8. Desplazamientos
Seguir la siguiente ruta para el ploteo de los resultados de desplazamiento.
Main menu > General Postproc > Plot Results > Contour Plot > Nodal Solution
Para saber los desplazamientos de los nodos restantes siga la siguiente ruta:
Main menu > General Postproc > List Results > Nodal Solution
En la ventana List Nodal Solution elegir nuevamente la opcin Displacement Vector Sum.
Presionar OK.
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9. Diagrama de momentosSer necesario definir una tabla
Main menu > General Postproc > Element Table > Define Table
En la ventana Element Table Data presionar ADD. Aparecer la ventana Define Aditional
Element Table Items en la que en la opcin Lab pondremos la etiqueta de Fuerza, y en la opcin
Item Comp elegir en la primera columna By sequence num y en la segunda SMISC. En el cuadro
de abajo ingresar el valor de 6, que identifica al momento. Presionar OK.
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Ahora se procede al ploteo del diagrama de elementos
Main menu > General Postproc > Plot Results > Contour Plot > Line Elem Res
En la ventana Plot Line- Element Resultseleccionamos en Lab1 a SMIS6 y OK.
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Broche de cinturn de seguridad
IntroduccinDetermine los esfuerzos y las deformaciones de un prototipo de broche de cinturon de seguridad
hecho de acero, mostrado en la figura 11, si est sujeto a una fuerza de tensin de 14000 psi . El
grosor del prototipo es de 3/32 in. Para simplificar el problema, solo se tomar en cuenta el
anlisis de la lengueta
Fase de pre- proceso.1. Seleccin del tipo de anlisis
Elegir dentro de todas las disciplinas de anlisis la que corresponda al caso. Siga la
siguiente ruta y elija un anlisis estructural
Main menu > Preferences
2. Seleccin del tipo de elementoSe seleccionar un elemento tipo PLANE183
Main menu > Preprocessor > Element type > Add/ Edit/ Delete
Cambiar en comportamiento del material al de esfuerzo plano con espesor ( plane strs
w/thk).
Ingresar las constantes del material
Main menu > Preprocessor > Real Constant > Add/ Edit/ Delete
En Real Constants Set Number 1, for BEAM4 se ingresar 0.09375 como espesor.
3. Propiedades del materialElija un material lineal isotrpico e ingrese el modulo de elasticidad (3e7) y la razn de Poisson.
Main menu > Preprocessor > Material Props > Material Models
4. Construccin del modelo
Figura 11 Esquema de un broche de cinturn de seguridad
2 in
1.5 in
0.25 in
0.12 in0.07 in
0.5 in
0.8 in
1/4 in
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Cree dos rectngulo. Ingrese 0, 2, 0, 0.75 para X1, X2, Y1, y Y2, respectivamente. Para el
segundo rectngulo ingrese 1.25, 1.75, 0, 0.4 paraX1,X2, Y1, y Y2, respectivamente
Main menu > Preprocessor > Modeling > Create > Areas > Rectangle > By Dimensions
Substraer el segundo rectngulo del primero
Main menu > Preprocessor > Modeling > Operate > Booleans > Subtract > Areas
Plotee solo las lneas del modelo
Utility menu > Plot > Lines
Cree el filete entre las lneas. Ingrese los radios correspondientes a cada una de ellas.
Main menu > Preprocessor > Modeling > Create > Lines > Line Fillet
Replotear
Utility menu > Replot
Crear un area a traves de las lneas 2, 10, 6,1, 7, 8, 9, 4, 15 y 13.
Main menu > Preprocessor > Modeling > Create > Areas > Arbitrary > By Lines
Borrar el rea excedente y luego las lneas 14, 13, 11, 15, 16 y 17
Main menu > Preprocessor > Modeling > Delete > Areas Only
Main menu > Preprocessor > Modeling > Delete > Lines Only
5. MalladoMallar con un tamao de elemento de 0.05 y con la opcin FREE.
Main menu > Preprocessor > Modeling > Meshing > MeshTool
Fase de solucin6. Declaracin de las restricciones del modelo
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Restringir en todas las direcciones los nodos coincidentes con y= 0 en la direccin Y, y los
coincidentes conx= 0 en la direccin X.
Main menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Displacement > On lines
Aplicar condiciones de fuerzas en la frontera. Seale los nodos coincidentes con x= 1.75,
excepto la lnea fileteada.
Main menu > Solution > Define Loads > Apply > Structural > Pressure > On lines
7. SolucinPara que ANSYS resuelva el modelo, siga la siguiente ruta.
Main menu > Solution > Solve > Current LS
Fase de Post- proceso8. Desplazamientos y esfuerzos
Seguir la siguiente ruta para el ploteo de los resultados de desplazamientos totales y de
esfuerzos por criterio de von Mises
Main menu > General Postproc > Plot Results > Contour Plot > Nodal Solution
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