Introducción a Ansys Workbench

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Cada vez más ingenieros están usando Modeladores de sólidos con el Método de los elementos finitos para solucionar problemas cotidianos de estados de tensiones, deformaciones, transferencia de calor, flujo de fluidos, electromagnetismo, entre otros. Este curso presenta una colección de clases dirigidas al manejo básico de ANSYS Workbench, uno de los programas de modelaje de sólidos, simulación y optimización más integrales y extendidos. Las clases pasan por temas de creación de geometría, análisis tensionales, transferencia de calor y modos de vibración. También trataremos la generación del mallado de los elementos finitos. El progreso del curso está planteado para seguir los pasos de diseño en orden lógico, por lo que cada tema nos ayudará a llegar a análisis cada vez más complejos. A medida que tratemos los conceptos básicos, encontrarás ejemplos prácticos que podrás ejecutar en tu propio computador para aumentar tus habilidades. Puedes avanzar a tu propio ritmo, o incluso ir a los tópicos donde necesites reforzar conocimientos. ANSYS Workbench 15.0 ha sido desarrollado sobre un marco que permite introducir una nueva manera de trabajar con tus proyectos de forma esquemática. Aquí aprenderás a usar esas herramientas, ya sea que hallas trabajado con versiones anteriores o si estas iniciando. DesingModeler. En la sección de creación de geometrías te guiaremos en el proceso de crear y editar geometrías en preparación para el análisis en ANSYS Mechanical, cubriendo tópicos cómo: La interfaz de usuario Creación de bocetos Creación de geometrías 3D. Importar datos desde otros modeladores Modelar con parámetros Mechanical. En las sección siguientes nos concentraremos en el módulo de simulación mecánica. Acá aprenderás como usar este módulo de forma efectiva para construir un modelos de simulación mecánica, analizarlo e interpretar los resultados, cubriendo tópicos como: EL proceso de análisis Análisis estáticos estructurales Análisis de modos de vibración Análisis térmicos Casos de estudio con múltiples escenarios Siempre estaremos actualizando la información para ti, por lo que contarás con un curso dinámico en el que podrás encontrar datos útiles y prácticos.
  • Introducción
    • Elementos finitos y Ansys
  • Intefaz (WorkBench)
    • Flujo de trabajo en Ansys

      En rasgos generale la parte principal de nuestra interfaz esta conformada por "La caja de herramientas" y "El esquema del proyecto". La caja de herramientas contiene plantillas de análisis que podemos introducir en el esquema de proyecto y que nos serviran de igual forma para seguir un flujo de trabajo lógico.

    • Datos de materiales

      Al hablar de Engineering Data nos referimos a los datos que definen las propiedades de los materiales usados en el modelo. Estos materiales pueden ser editados o creados desde el principio. En el caso de Ansys Workbench estas propiedades entas agrupadas según su uso la caja de herramientas. Si quisieramos tener acceso a otro tipo de materiales extras podríamos usar las bases de datos de materiales de de otras aplicaciones dentro de Workbench, como por ejemplo los análisis mecánicos desde Mechanical APDL.

  • Geometria (DesignModeler)
    • Introducción a Ansys DesingModeler

      El modelador de diseño (DesingModeler) en un módulo dentro de Ansys Worckbench con herramientas de dibujo CAD. Es es este espacio donde crearemos la geometría de nuestro modelo. Es mucho más fácil crear los datos geométricos desde el modelador de diseón en comparación con las interfaz de otros módulos.

    • Crear planos y bocetos

      Los planos son los espacios donde generaremos bocetos, que no son más que geometrías bidimensionales compuestas de segmentos de rectas y arcos. Además de los planos propios de los ejes coordenados, podemos crear y editar planos en cualquier parte del espacio para luego colocar en ellos nuestro bocetos que servirán de base para crear nuestros cuerpos en 2D y 3D.

    • Herramientas de dibujo y modificación

      Profundizando ya en la creación de bocetos hagamos la introducción a las herramientas de dibujo más comunes y además los métodos con que contamos para modificar lo que ya hemos creado.

    • Dimensionado y restricciones

      En el proceso de dibujo no nos hemos preocupado por las dimensiones de las líneas dibujadas, solo creamos un esquema representativo de lo que deseamos lograr. Pero, luego de crear este esquema, llega la hora de indicar las dimensiones. El uso de las dimensiones no se limita a especificar cuanto mide una línea, también puede ayudarnos a definir su ubicación en el plano de trabajo y la forma en que interactúa con otros elementos.

    • Bocetos y dimensiones (Ejemplo práctico)

      A manera de repaso veamos cómo aplicar en un caso práctico las herramientas que hemos estudiados en clases anteriores. Partiendo de unos planos ya definidos hagamos un boceto. Puedes descargar los planos con formato PDF y DWG si revisas los materiales complementarios de esta clase.

    • Tipos de cuerpos en DesignModeler

      Antes de entra en materia de edición en 3D, primero abordemos algunas definiciones básicas entendiendo los tipos de cuerpos con los que podemos encontrarnos en el DesignModeler y sus definiciones.

    • Herramientas generales de sólidos

      Luego de creado un sólido podemos cambiar su forma sin necesidad de regresar a la edición de boceto obligatoriamente. Veamos algunas herramientas que podemos utilizar para este fin.

    • Herramienta extrusión

      Hay diversas forma en que podemos crear un sólido, pero la extrusión resultar ser en la mayoría de los casos la más utilizada. Pudría resumirse su función como la generación de un prisma a partir de una sección 2D.

    • Herramienta revolución

      Esta herramienta genera formas tridimensionales con ejes de simetría polares o circulares. Así que si tu geometría tiene algún eje de giro, esta será muy probablemente la herramienta que utilices.

    • Herramienta barrido

      El barrido nos permite generar un sólido a partir de hacer recorre una sección por un camino. También podemos editar como se comporta esa sección durante el recorrido, como por ejemplo, haciéndola girar sobre su propio eje o escalándola.

    • Patrones

      Los patrones son sucesiones de objetos iguales y espaciados uniformemente. Así que si observar algún elemento que se repite de forma consistente en tu modelo, verifica si podrías hacer un patrón para ahorrarte trabajo.

    • Operaciones con cuerpos

      En esta clase veremos formas en que podemos obligar a más de un cuerpo para que interactúen entre si

    • Transformación de cuerpos

      Las transformaciones son ediciones a un mismo cuerpo, como por ejemplo moverlo, rotarlo, escalarlo o limpiarlo de arístas innecesarias.

    • Operadores booleanos

      Los operadores booleanos, como su nombre lo indica, son operadores para unir, restar o intersectar volúmenes. Pueden ayudarnos a hacer formas especiales como resultado de la interacción de dos o más cuerpos

    • Creación de sólidos (Ejemplo práctico)

      Continuando con el ejemplo práctico de clases anteriores, veamos un aplicación de las herramientas para edición de sólidos que hemos visto hasta ahora. Puedes descargar los planos base desde la zona de materiales complementarios de esta clase.

    • Importar geometría

      Podemos importar geometría desde archivos de CAD externos. Ansys posee distintas interfaces para los programas más usados de diseño CAD. Sin embarbo, en esta clase nos concentraremos en la forma más básica de introducir datos de geometría desde archivos DWG exportados a archivos con extensión IGES

    • Parametrización

      Los parámetros permiten realizar cambios a determinados valores de nuestra geometría. Realmente con parámetros podemos modificar una gran cantidad de magnitudes que no solo se limitan a el diseño geométrico. Pero, en esta sección veremos el caso de los parámetros usados para generar bocetos y sólidos. En secciones posteriores trataremos el caso de los parámetros para módulos de simulación.

  • Módulo de Simulación Mecánica (Mechanical)
    • Descripción de la interfaz

      Siempre es una buena práctica conocer nuestro entorno antes de comenzar a modificar parámetros en nuestros modelos. Veamos en primer lugar de que consta la interfaz del módulo de simulación mecánica. Este es el módulo de simulación en Ansys sobre el que trabajaremos en secciones siguientes.

    • Procedimiento de análisis

      Para realizar un análisis de elementos finitos en cualquier lenguaje, por regla general, deben seguirse algunos pasos en orden lógico desde pre-proceso, pasando por la solución y terminando en el post-proceso. Ya en secciones anteriores nos referimos a este flujo de trabajo a groso modo. Pero, al llegar al módulo de simulación debemos ver más de cerca los pasos a seguir

    • Análisis básico (Ejemplo práctico)

      Para afianzar los conceptos introducidos en la clase anterior, vemos un ejemplo práctico de simulación

    • Cuerpos rígidos y flexibles

      Es importante establecer la diferencia entre cuerpos rígidos y cuerpos flexibles, pues para cada caso deberemos especificar distintos tipos de cargas y condiciones de borde.

    • Contactos

      Los contactos son la forma en que el módulo de simulación nos permite establecer una relación entre dos o más cuerpos. Sin contactos los cuerpos que se toquen podrían atravesarse entre si, sin afectar su posición, deformación o estado tensional. En la sección de material complementario podrás encontrar un archivo de texto con apuntes relacionados a los elementos de contactos. Échale un vistazo y publica tu opinión en una discusión del grupo.

    • Mallado (Controles Globales)

      Este es el primer acercamiento que haremos al proceso de mallado. El mallado o "meshing" es la base del análisis por elementos finitos. Implica la subdivisión de los medios continuos complejos en formas más fáciles de analizar analíticamente. Para el caso de cuerpos complejos, la evaluación de las condiciones de borde puede resultar poco natural. Sin embargo, cuando este cuerpo es dividido en formas básicas, se logra mayor simplicidad en la evaluación de estas condiciones a cambio de una cantidad mayor de datos a evaluar.

    • Mallado (Controles Locales)

      Profundizando en las herramientas de mallado, veamos ahora algunas de las herramientas que tenemos a disposición para editar de forma local el mallado de determinado sólido, en contraste con la clase anterior donde las modificación se realizaban al entero modelo.

  • Análisis Estático Estructural
    • Análisis estático estructural

      Este es por decirlo así el análisis base para una gran cantidad de simulaciones. Con esta presentación veamos algunas de sus características y ecuaciones usadas en las solución. Claro, el objetivo no es estudiar los métodos de resolución de esas ecuaciones, pero entender sus componentes nos permitirá al mismo tiempo entender las variables a manejar en la simulación.

    • Configuración del análisis

      Cada tipo de análisis posee parámetros dependiendo de su naturaleza. Veamos algunos de los parámetros más destacados a la hora de configurar un análisis de tipo estático estructural.

    • Aplicación de cargas

      Las cargas en una análisis estático estructural en la forma en que las condiciones iniciales pueden ser modificadas. Representan cambios en el campo de tensiones o deformaciones. Recordemos que estas últimas están relacionadas por la matriz de rigidez, tal como vimos en la clase introductoria de esta sección.

    • Definición de soportes

      La definición de soportes representa especificar las condiciones de borde de las ecuaciones diferenciales que rigen el análisis. Es en este punto donde establecemos el modelo reológico a simular. En la sección de materiales complementarios encontrarás un vinculo donde se explica las condiciones de contorno según el centro internacional de métodos numéricos en ingeniería y también encontrarás un vínculo de wiki que explica desde un punto de vista matemático las condiciones de frontera.

    • Ploteo de resultados

      Solucionar un modelo no significa obtener los resultados, de la misma manera como obtener las familia de curvas que solucionan una ecuación diferencial no es suficiente para saber el valor de la magnitud que estamos buscando. Luego de solucionar el modelo debemos requerir al programa que presente los resultados obtenidos en términos que nos permitan analizar la respuesta y tomar decisiones

    • Herramientas de resultados

      Veamos algunas herramientas que nos permitirán seguir el cambio de una variable a lo largo de la solución.

    • Ejemplo práctico - Rueda Industrial

      Veamos un ejemplo práctico que nos permitirá repasar los conceptos vistos en esta sección.

  • Análisis Modal
    • Análisis de vibración libre

      Este tipo de análisis nos permite conocer la manera en que los cuerpos involucrados vibran y sus frecuencias correspondientes. Aunque parezca un poco abstracto como para resultar útil, es realmente la base para estudios espectrales en estructuras sometidas a cargas sísmicas, por poner un ejemplo, lo que resulta de gran utilidad a la hora del diseño.

    • Análisis de vibración libre - Simple

      En esta clase seguiremos el flujo de trabajo típico a seguir para obtener los modos de vibración de una estructura y sus frecuencias. Es realmente muy parecido a al caso de análisis estático estructural pero hay algunas variables relacionadas a los modos de vibración que se agregan a proceso. Son en estos cambios donde nos concentraremos. Visita el enlace de la sección complementaría si quieres repasar los conceptos teóricos relacionados a los análisis modales.

    • Análisis de vibración Pretensionado

      Hay situaciones en las que será necesario, según el caso de estudio, realizar un estudio modal a una estructura donde existen cargas aplicadas. Las cargas y sus consecuentes tensiones pueden cambiar la frecuencia de vibración de las estructuras. Veamos como realizar una análisis acoplado entre dos sistemas; un primer sistema de análisis estático estructural y un segundo sistema de análisis modal. Este último recibe datos provenientes de la solución del primero

  • Análisis Térmico Estacionario
    • Análisis Térmico Estacionario

      Las carga térmicas son parte fundamental de muchos análisis mecánicos. Así que no podemos hablar de introducirnos en el mundo de la simulación sin al menos tratar algunos tópicos básicos de este tipo de análisis. Veamos en primer lugar lugar la ecuaciones fundamentales usadas por el programa, pues así entenderemos mejor las herramientas que manipularemos en clases posteriores.

    • Contactos térmicos y condiciones iniciales

      Al igual que el caso de análisis estático estructural, para que dos o más cuerpos se afecten mutuamente, debe estar bien definidos las condiciones de contacto. Claro, para el caso de campos térmicos los datos transmitidos a través de estos contactos serán controlados por parámetros térmicos.

    • Resultados de temperatura

      Luego de solucionar nuestro modelo ha llegado la hora de obtener resultados que podamos analizar

  • Escenarios parametrizados
    • Análisis para diversos puntos de diseño

      En la sección de creación de geometrías ya vimos una introducción al uso de los parámetros. Veamos ahora como podemos utlizar parámetros de entrada y de salida para realizar una serie de soluciones sin necesidad de evaluar cada caso por separado.

  • Conclusión
    • Depedida

      Aquí nos despedimo, pero aún queda mucho por aprender. Está atento a proximos cursos donde trataremos tópicos avanzos de modelaje en Ansys

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