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• Gheghel Gutierrez Huaman

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Universidad Nacional de Ingeniería Facultad de Ingeniería Mecánica

SOLIDWORKS NIVEL III PRÓLOGO SolidWorks es el software estándar de diseño mecánico en 3D. SolidWorks ofrece un valor y un rendimiento únicos, es líder en innovación y posee la mayor comunidad de usuarios. Ningún otro sistema CAD permite diseñar productos de forma tan rápida y precisa. El objetivo del curso es aprender a usar herramientas avanzadas para llevar a cabo las siguientes tareas: 

Simular mecanismos o sistemas mecánicos usando herramientas avanzadas como SolidWorks Motion.



Realizar imágenes y videos fotorealísticos usando PhotoView 360.



Analizar la resistencia de piezas y ensambles a fuerzas y presiones usando SolidWorks Simulation.



Analizar el comportamiento de fluidos en condiciones de presión y temperatura, así como la eficiencia de ciertas máquinas hidráulicas y térmicas usando SolidWorks Flow Simulation.

Ing. Arturo Cubas Rodriguez Certified SolidWorks Professional [email protected]

SolidWorks 2012 Nivel III

1

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CONTENIDO 1

2

3

Animaciones.....................................................................................................................4 1.1

Introducción .............................................................................................................4

1.2

Tipos de mecanismos ...............................................................................................4

1.3

Animación.................................................................................................................4

1.4

Movimiento básico .................................................................................................... 5

1.5

SolidWorks Motion ................................................................................................... 5

1.6

Motion Manager ....................................................................................................... 5

1.7

Explosionar / Contraer ........................................................................................... 11

1.8

Motores ................................................................................................................. 16

1.9

Simulación física .................................................................................................... 18

1.10

Resultados y trazados ............................................................................................ 20

1.11

Seguir una trayectoria ............................................................................................ 24

1.12

Contactos 3D .......................................................................................................... 29

1.13

Relaciones de posición mecánicas......................................................................... 31

1.14

Uso del Toolbox ...................................................................................................... 33

1.15

Ejercicios ................................................................................................................ 41

PhotoView 360 ................................................................................................................ 46 2.1

Introducción ........................................................................................................... 46

2.2

Vista preliminar ...................................................................................................... 47

2.3

Agregar apariencias (color y textura)..................................................................... 47

2.4

Asignar apariencia desde un archivo ..................................................................... 51

2.5

Asignar calcomanías .............................................................................................. 51

2.6

Aplicar una escena ................................................................................................. 53

2.7

Opciones de renderizado ........................................................................................ 53

2.8

Agregar cámaras.................................................................................................... 54

2.9

Usar Estados de visualización ................................................................................ 56

2.10

Renderizar animaciones ........................................................................................ 58

2.11

Ejercicios ................................................................................................................ 60

SolidWorks Simulation................................................................................................... 62 3.1

Introducción ........................................................................................................... 62

3.2

Pasos del análisis ................................................................................................... 62

3.3

Análisis de piezas .................................................................................................. 63

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4

3.4

Análisis de Soldaduras y pernos ............................................................................ 71

3.5

Análisis de superficies y chapa metálica ............................................................... 80

3.6

Análisis de piezas simétricas ................................................................................. 81

3.7

Análisis de ensambles ...........................................................................................88

3.8

Optimización automática de forma y Estudios de diseño....................................... 91

3.9

Ejercicios ................................................................................................................ 95

SolidWorks Flow Simulation ......................................................................................... 101 4.1

Introducción .......................................................................................................... 101

4.2

Análisis de flujo interno........................................................................................ 104

4.3

Evaluar el impacto de las variantes de diseño ...................................................... 118

4.4

Análisis de un intercambiador de calor ................................................................ 121

4.5

Usar simetría como condición de frontera........................................................... 125

4.6

Condiciones de frontera de Flujo de masa, presión, temperatura y velocidad. ... 126

4.7

Especificar aisladores térmicos ........................................................................... 128

4.8

Visualizar las trayectorias del fluido .................................................................... 130

4.9

Cálculo de la efectividad del intercambiador ....................................................... 132

4.10

Análisis de un impulsor centrífugo ...................................................................... 132

4.11

Ejercicios .............................................................................................................. 137

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1

Animaciones

1.1

Introducción

    

SolidWorks puede generar simulación de movimiento a partir de ensambles. El movimiento de un sistema está determinado por: Relaciones entre componentes La masa e inercia de los componentes Fuerzas aplicadas a el sistema Movimientos dirigidos (motores o actuadores) Tiempo

1.2

Tipos de mecanismos Hay dos tipos de mecanismos, dependiendo de cómo se aplican las fuerzas:

Sistemas cinemáticos.  El movimiento de los componentes está restringido por las relaciones aplicadas.  Está completamente controlado y sólo hay un movimiento posible.  Sin considerar el motor aplicado hay un solo grado de libertad.

Sistemas dinámicos.    

El movimiento de los componentes esta en libre movimiento sujeto a fuerzas. Está parcialmente controlado y hay un infinito número de resultados dependiendo de las fuerzas. El número de grados de libertad es variable. El movimiento supone que los componentes son rígidos.

  

Hay 3 simuladores de movimiento: Animación Movimiento Básico SolidWorks Motion

1.3

Animación Incluye:

Creación de animaciones (llamado Animator en antiguas versiones)     

Usa cuadros clave Se puede usar con PhotoView Las animaciones se pueden salvar como videos Tiene controles para avanzar, retroceder Se pueden agregar cámaras

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Controlado por relaciones y motores.  Se pueden suprimir o quitar supresión a relaciones de ensamblaje  Se agregan motores (rotatorio o lineal) y actuadores Asistente para animación.  Se pueden agregar vistas de explosión  Se pueden importar simulaciones de SolidWorks Motion o simulación física.

1.4

Movimiento básico

Incluye las funciones de Animator  Incluye relaciones y motores  Se pueden agregar resortes, contactos 3D y gravedad  El movimiento está basado en leyes físicas.  Es rápido.

1.5

SolidWorks Motion

La simulación está basada en cuerpos rígidos  Incluye las funciones de Animator  Incluye relaciones y motores  Se pueden agregar resortes, contactos 3D (con fricción) y gravedad  Se pueden agregar amortiguadores, fuerzas  Se pueden mostrar gráficas de posiciones, velocidades y aceleraciones.  Es preciso y algo más lento sobre todo si se usan contactos 3D.

1.6

Motion Manager

MotionManager consolida el movimiento dinámico de ensamblajes, la simulación física, la animación y SolidWorks Motion en una interfaz única. MotionManager tiene una escala de tiempo basada en marcas y controla motores, la gravedad y los resortes en función del tiempo. Veamos esto con un ejemplo

Ejemplo 1 1

Abra el archivo Robot300.sldasm

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2

Abra la pestaña Estudio de movimiento 1

Esta ventana tiene los siguientes elementos: Barras de cambio Las barras de cambio son las barras horizontales que conectan marcas e indican que se está produciendo un cambio entre ellas. Los cambios incluyen:     

Duración de la animación Movimiento de componentes Cambios en las propiedades del elemento de simulación Ver orientación, como por ejemplo rotación Propiedades visuales como color o vista.

Leyenda de la barra de cambio Según las entidades, las barras de cambio utilizan colores que identifican visualmente el componente y el tipo de cambio. Además del color, puede identificar la entidad por el icono en el gestor de diseño del FeatureManager MotionManager.

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Iconos Barra de tiempo

Función

Notas

Tiempo actual de la animación

En la figura el tiempo actual está en 6s. Al mover la barra de tiempo, se cambia el tiempo actual de la animación y se actualiza el modelo.

La escala de tiempo es la interfaz temporal para la animación.

Muestra los momentos y tipos de eventos de animación en el Estudio de movimiento.

Escala de tiempo

Barra de cambios Duración total de la animación Orientación y vistas de cámara Desactivar reproducción de teclas de vista seleccionado Elementos de simulación Movimiento impulsor

Movimiento impulsado

Duración para esta orientación de vista.

Barras de cambio Movimiento impulsor y Movimiento impulsado:  Puede incluir la barra de cambio Aspecto entre las mismas marcas. Los componentes con Movimiento impulsado pueden estar en movimiento o estar estacionarios:  COSMOS_Motion 

Explosionar Apariencia

Cota

de relación de posición Cualquier marca de componente o de SolidWorks 2012 Nivel III

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Sin movimien_to

Creado con el Asistente para animación. Apariencia:  Incluye todas las propiedades visuales (color, transparencia, etc.).  Puede existir independientemente del movimiento de componen_ tes.  Marcas.

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relación de posición Cualquier marca suprimida Posición no solucionada todavía Posición que no se puede alcanzar Hijos ocultos





Carpetas creadas en el gestor de diseño del FeatureManager de SolidWorks. Elementos contraídos.

Componentes impulsores e impulsados Cuando se mueve un componente que impulsa el movimiento de componentes relacionados, el sistema también anima los componentes impulsados. Ambos componentes incluyen una barra de cambio.

3

Establezca el límite de tiempo Mueva la barra de tiempo hasta 10s

4

Mueva el componente Brazo a la posición indicada

5

Mueva el Primer eje

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6

Haga clic en el botón Calcular

El programa calcula la simulación interpolando la posición del ensamble desde la inicial en cero segundos a la final en diez segundos.

Cada componente que sufre un cambio en posición o apariencia muestra una barra de tiempo. Las barras verdes muestran movimiento conductor y las amarillas movimiento conducido. La barra negra representa el tiempo de simulación. Cada vez que se haga un cambio en la simulación haga clic en el botón calcular. Si sólo desea ver la simulación de nuevo de clic en el reproducir. Reproducir Calcular

Modo de reproducción

Tiempo actual

Velocidad de reproducción

Reproducir desde el inicio Detener

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Guardar como video

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Puede además usar los botones Reproducir desde el inicio, Detener o mover el slider del Tiempo actual. También puede ajustar la Velocidad de reproducción desde 10% (más lento) a 500% (más rápido). El modo de reproducción puede ser Normal (de inicio a fin), Bucle (repite al terminar) o Reproducción alternativa (al terminar regresa al inicio comenzado por el final).

7

Guarde su animación como un video. Salve el ensamble y de clic en el botón Guardar animación.

De un nombre al archivo y de clic en Guardar. De clic en Aceptar para la ventana del compresor de video y revise el resultado.

8

Agregue un movimiento. Mueva la barra de tiempo y la marca negra hasta 20s para ubicar el tiempo actual y la duración de la simulación respectivamente.

Mueva el componente Eje superior:

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De clic en Calcular. El movimiento para el eje superior y los componentes luego de este debe comenzar en 10s y terminar en 20s.

9

Modifique la simulación. Arrastre el marcador del medio para Eje superior hasta 15s. y de clic en Calcular. Entre 10s y 15s el ensamble debe estar inmóvil.

Arrastre el marcador inicial para Brazo‹2›(grande) hasta 5s. Calcule la simulación. Esto hace que ese componente conduzca la simulación desde 5s

1.7

Explosionar / Contraer Ahora vamos a explosionar el ensamble y modificar algunas características de la animación.

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10

Cree una vista explosionada.

Regrese a la pestaña Modelo. Vaya al comando Vista explosionada Ensamblaje.

11

Mueva los componentes. Seleccione el componente Herramienta y arrastre la flecha verde para mover.

De igual forma mueva los demás componentes siguiendo el orden:

Muñeca

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Antebrazo

Eje superior

12

de la barra

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Brazo‹2›

Brazo‹1›

Primer eje Si desea hacer algún cambio de clic derecho al paso de explosión a cambiar y seleccione Eliminar o Editar paso.

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Acepte la operación.

12

Animar una explosión. Vaya a la pestaña ConfigurationManager y de clic en el signo + a la izquierda de Predeterminado. De clic derecho a VistaExpl1 y elija Contraer animación.

Con la barra Controlador de animaciones puede Iniciar, rebobinar, reproducir, entre otras opciones.

13

Importe una explosión al movimiento de ensamblaje. De clic derecho en la pestaña Estudio de movimiento 1 y de clic en Nueva.

De clic en el botón Asistente para animación . Este comando permite añadir giros, traer explosiones o movimientos físicos al Motion Manager. Seleccione Explosionar y de clic en Siguiente.

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En la siguiente ventana de un tiempo de duración de 10s e inicio en cero segundos. De clic en Finalizar. Ahora los pasos de explosión se han importado al Motion Manager y se pueden modificar o añadir más movimientos.

14

Añada una contracción. Entre al asistente para animación . Seleccione Contraer y de haga clic en Siguiente. Establezca el tiempo de duración en 10s e inicio en 10s. Clic en Finalizar. Reproduzca la simulación.

15

Cambie el modo de interpolación. De clic derecho en cualquier área libre del Motion Manager, escoja Seleccionar todo para seleccionar todas las marcas.

De clic derecho a cualquier marca y en Modo de interpolación seleccione Entrada/Salida lenta a una clave. Esto se usa para suavizar el movimiento al iniciar o finalizar. Reproduzca la simulación.

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1.8

Motores

Un motor es un elemento de simulación que mueve componentes alrededor de un ensamblaje simulando los efectos de motores lineales o rotatorios.

16

Añada un motor rotatorio. Cree un nuevo estudio de movimiento y de clic en el comando Motor rotatorio Seleccione:





Tipo de motor: motor rotatorio.  Dirección: la cara indicada con sentido anti horario visto desde arriba.  Tipo de motor: Velocidad constante. Velocidad: 1RPM.  Mover con respecto a: la cara indicada. Reproduzca la simulación.

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.

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17

Añada más motores. Añada motores rotatorios de acuerdo a la tabla: Componente

Tipo de motor

Datos adicionales

Brazo‹1›

Distancia

Desplazamiento 90°

Eje superior

Oscilante

Antebrazo

Segmentos

Desplazamiento Frecuencia Cambio de fase 90° 0.2Hz 0° (direcció n invertida ) Datos: Ver gráficas siguientes

Muñeca

Puntos de datos

Hora de inicio 3s

Duración 3s

Datos: Ver gráficas siguientes

Caras y sentidos para seleccionar en Dirección de motor:

Brazo‹1›

Eje superior

Muñeca Datos para el motor tipo Segmentos

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Antebrazo

Mover con respect oa Primer eje

Brazo

Eje superior

Antebrazo

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Datos para el motor tipo Puntos de datos

Establezca el tiempo se simulación en 20s (arrastrando la primera marca negra hasta 20s) Calcule la simulación.

1.9

Simulación física

Es posible que el Tipo de estudio Animación no consiga que el movimiento del ensamble llegue a la posición indicada o que no lo haga en los tiempo especificados por los motores. En estos casos se puede emplear el tipo Movimiento básico o SolidWorks Motion. Estos emplean algoritmos más precisos para resolver el movimiento a costa de incrementar el tiempo de cálculo. En una simulación física se pueden añadir además resortes, y gravedad. En SolidWorks Motion se puede agregar contactos 3D entre componentes. Ambos emplean la densidad del material para calcular una simulación más realista.

18

Use simulación física. Active Movimiento básico en Tipo de estudio. Calcule la simulación. Los resultados pueden ser diferentes al tipo Animación.

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Use SolidWorks Motion. Para usar SolidWorks Motion es necesario activar el complemento. Para ello vaya a la pestaña Productos Office y dentro del botón SolidWorks Office active SolidWorks Motion.

En tipo de estudio elija SolidWorks Motion. Calcule la simulación.

20

Asignar Materiales Cuando se requiera realizar simulaciones que incluyan Gravedad o Fuerzas es necesario asignar un material a las piezas del ensamble, así los cálculos tendrán en cuenta la densidad del material. Regrese a la pestaña Modelo, de clic derecho a la pieza Base y elija Editar material:

En Materiales elija Acero / AISI 304. En Apariencia desactive Utilizar color de material para preservar el color de la pieza. Asigne el mismo material a las demás piezas.

21

Agregar gravedad Agregue gravedad al estudio mediante el botón Gravedad:

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En parámetros de Gravedad elija y como eje, asegúrese que la dirección de la flecha verde en la esquina inferior derecha apunte hacia abajo. El valor debe estar en 9806.65mm/s^2. Acepte la operación.

1.10 Resultados y trazados 22

Añadir una gráfica de velocidad Use el botón Resultados y trazados para agregar algunas gráficas al estudio. Este comando sólo está disponible si se activa SolidWorks Motion.

Configure lo siguiente:  En categoría: Desplazamiento/Velocidad/Aceleración  En subcategoría: Velocidad lineal  En componente: Componente X  Seleccione el extremo de la herramienta en Selección de vértices o caras  Active Resultados frente a tiempo  Active Mostrar vector en ventana de gráficos. Esta opción muestra un vector verde al momento de reproducir la simulación.

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Calcule la simulación. Se muestra la gráfica:

23

Exportar a Excel Se puede exportar a Excel la gráfica o los datos numéricos. Busque el trazado dentro de la carpeta Resultados y de clic derecho. Hay opciones para Editar operación, Eliminar , Ocultar trazado, Exportar a hoja de cálculo y Suprimir. Elija Exportar a hoja de cálculo.

Aparece la gráfica en Excel

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Para exportar los datos numéricos haga clic derecho en la gráfica y escoja Exportar CSV (archivo de valores separados por comas). Asigne un nombre y guárdelo.

Abra el archivo en cualquier editor de texto o Excel, cada fila es un par de valores en el formato tiempo, valor.

24

Añadir una gráfica de desplazamiento Esta gráfica mide la separación entre un par de vértices o puntos en magnitud o en los ejes X, Y, Z. Haga clic en el botón Resultados y trazados y configure:  En categoría: Desplazamiento/Velocidad/Aceleración  En subcategoría: Desplazamiento lineal  En componente: Componente X  Seleccione el extremo de la herramienta en Selección de vértices o caras. De clic derecho en la arista indicada y escoja Seleccionar el punto medio  Active Resultados frente a tiempo

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Seleccionar los puntos

Se muestra la gráfica

25

Añada una Ruta de trazo La Ruta de trazo muestra la ruta de un vértice en el movimiento. Haga clic en el botón Resultados y trazados y configure:  En categoría: Desplazamiento/Velocidad/Aceleración  En subcategoría: Ruta de trazo  Seleccione el extremo de la herramienta en Selección de vértices o caras.  Active Mostrar vector en ventana de gráficos

Reproduzca la simulación

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1.11 Seguir una trayectoria 26

Añada una relación de posición de trayecto Es posible hacer que un vértice o punto siga una trayectoria. Para ello cree un nuevo Estudio de movimiento, haga visible el componente Trayectoria (clic derecho en el componente Trayectoria y seleccione Visualizar componente ) de clic en el botón Relación de posición y dentro de Relac. de posición avanzadas escoja Relación de posición de trayecto . Seleccione lo siguiente: Vér tice de componente Selección de

Acepte la operación. Ahora puede mover el componente Herramienta a lo largo del trayecto.

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Anime el movimiento en la trayectoria Dentro de Relaciones de posición busque la relación Relación de posición de trayecto1, de clic derecho y Edite la operación. Dentro de Relac. de posición avanzadas cambie la opción Restricción de trayecto a Porcentaje a lo largo de trayecto. Esto permite especificar la posición del vértice seleccionado como un porcentaje variable del trayecto. Con el porcentaje en 0.000000% acepte la operación.

28

Cambie la barra de tiempo Arrastre la barra de tiempo a 10s

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29

Cambie la cota de la relación Dentro del MotionManager de clic derecho a la Relación de posición de trayecto1 y escoja Editar cota.

En la ventana Modificar escriba 99.9 y acepte. El programa calcula la simulación. Reproduzca. Si desea que el robot siga la trayectoria en sentido opuesto edite la relación y active la opción Invertir cota.

Regulador centrífugo

   

En este ejemplo se mostrarán los siguientes temas: Asignación de materiales Agregar resortes, amortiguadores, torsión Agregar gravedad Simular contactos 3D

1

Abra el archivo Regulador.sldasm

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2

Asigne materiales Asigne materiales de acuerdo a la tabla Componente

Material AISI 304 AISI 1020 Acero inoxidable al cromo Acero al carbono fundido Acero inoxidable al cromo

Eje Collar Enlace esfera Deslizador Enlace

3

Agregue gravedad En la dirección Y negativa

4

Agregue Torsión

Use el botón Forzar



, configure:

 Tipo de fuerza: Torsión  Dirección: Sólo acción Seleccione la cara indicada  Forzar función: Paso con F1 = 0.00N-mm, t1 = 0s, F2 = 1000.00N-mm, t2= 1s. Haga clic en la gráfica debajo de t2 para mostrar:

5

Active SolidWorks Motion Luego de activar calcule la simulación hasta 10s

6

Añada una gráfica de velocidad angular Con el botón Resultados y trazados configure:  En categoría: Desplazamiento/Velocidad/Aceleración  En subcategoría: Velocidad angular  En componente: Magnitud Seleccione la cara indicada:



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Se muestra la gráfica:

7

Agregue un resorte lineal Use el botón Resorte . Este comando necesita un par de caras o vértices para ubicar un resorte. Seleccione:

 

Tipo de resorte: resorte lineal Puntos extremos del resorte: las caras indicadas

Seleccionar car a infer ior

Seleccionar car a super ior

     

Exponente de expresión de fuerza de resorte: 1(lineal) Constante del resorte 0.9N/mm Active actualizar a cambios del modelo, así la longitud del resorte se toma de la separación actual de las caras seleccionadas Desactive amortiguador En diámetro de espiral: 75.00mm En número de espirales: 10  En diámetro de alambre: 2.5mm

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8

Calcule la simulación Ahora la gráfica de velocidad muestra, el resorte tiende a limitar la velocidad

9

Agregue amortiguación

  

Use el botón Amortiguador , configure: En punto final del amortiguador: las mismas caras que se usaron para el resorte En exponente de expresión de fuerza del amortiguador: 1(lineal) En constante de amortiguamiento: 0.10N/(mm/s)

10

Calcule la simulación Ahora se muestra la gráfica de velocidad, el amortiguamiento disminuye las fluctuaciones.

1.12 Contactos 3D Contacto 3D está disponible en Movimiento básico y en SolidWorks Motion. Definición Defina conjuntos de componentes para comprobar el contacto entre ellos. Si los componentes dentro de un conjunto entran en contacto durante la ejecución de un estudio de movimiento, se detecta el contacto y los componentes reaccionan con el movimiento correspondiente. Si, por el contrario, los componentes no están agrupados en un conjunto y entran en contacto, se ignora el contacto y los componentes se atraviesan. Contactos creados proporciona el número de pares de contacto que se controlarán como se muestra a continuación. Cuanto mayor sea el número de pares de contactos, más tiempo demorará el cálculo. Número de 2 componentes en conjunto (n) Número de 1 contactos creados SolidWorks 2012 Nivel III

3

4

5

3

6

10

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(S(n-1)) Instancias

1-2

1-2, 1- 1-2, 1-3, 1-4, 1-2, 1-3, 1-4, 1-5, 2-3, 2-4, 3 2-3, 22-5, 3-4, 3-5. 4-5 , 4, 3-4 2 3

Especificar material Seleccione materiales de la lista para un par de colisión. Las propiedades de material definidas para contactos 3D se aplican a caras en contacto durante el mismo. Esto reemplaza las propiedades de material asignadas a cada pieza. El orden en el que los materiales se seleccionan no es importante, es decir, caucho-acero es lo mismo que acero-caucho.

Fricción Seleccione Fricción para tener en cuenta la fricción dinámica en el cálculo de contactos. No se puede utilizar Fricción estática sin la dinámica y, por tanto, debe seleccionarse por separado. Los valores se configuran según las selecciones elegidas en la sección Especificar material y no se pueden modificar. Los controles deslizantes indican los valores cuantitativos y no se pueden mover.

Propiedades elásticas Seleccione opciones en Impacto y Coeficiente de restitución. Los valores se configuran según las selecciones elegidas en la sección Especificar material y no se pueden modificar.

11

Agregue Contactos 3D

 

Use el botón Contactar . Seleccione:  En componentes: Enlace esfera-1 y Eje Desactive Especificar material y fricción En propiedades elásticas active Coeficiente de restitución en 0.4

 

Agregue otro contacto con el botón Contactar . Seleccione:  En componentes: Enlace esfera-2 y Eje Desactive Especificar material y fricción En propiedades elásticas active Coeficiente de restitución en 0.4

12

Calcule la simulación Ahora se muestra la gráfica de velocidad hasta 20s, el mecanismo tiende a mantener la velocidad constante subiendo o bajando las esferas. SolidWorks 2012 Nivel III

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1.13 Relaciones de posición mecánicas Las relaciones de posición mecánicas son las siguientes: Leva . Fuerza una cilindro, plano o punto a ser coincidente o tangente a una serie de caras tangentes extruidas. Engranaje . Fuerza a dos componentes a girar en de forma relativa entre sí sobre los ejes seleccionados. Piñón y cremallera . La traslación lineal de una pñieza (la cremallera) produce rotación circular en otra pieza (el piñón) y viceversa. Tornillo . Restringe dos componentes a que sean concéntricos y agrega una relación de paso de rosca entre la rotación de un componente y la traslación del otro. Junta universal . La rotación de un componente (eje de salida) alrededor de su eje se rige por la rotación de otro componente (eje de entrada) alrededor de su correspondiente eje. Vamos a comenzar con algunos ejemplos

Leva 1 Abra el ensamble Leva.sldasm El seguidor y la leva pueden deslizar y girar sus ejes.

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2 

Agregue una relación de Leva En la barra Ensamblaje haga clic en Relación de posición. Seleccione: En Relaciones de posición mecánicas seleccione Leva.  En Entidades para seleccionar las caras laterales de la leva  En Empujador de leva la cara inferior del seguidor  En caso de que la relación resulte invertida active el botón Alineada o Alineación inversa.

Entidades par a seleccionar

3

Empujador de leva

Agregue un motor rotatorio Agregue un motor rotatorio a la cara indicada con 100RPM

SolidWorks 2012 Nivel III

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4

Grafique la velocidad del seguidor

1.14 Uso del Toolbox Engranaje 1 Abra el ensamble Engranajes.sldasm Para engranajes rectos la distancia entre ejes debe ser igual a:

Donde Dp son los diámetros de paso de los engranajes, se calculan con Z es el número de dientes y m el módulo. Para que dos engranajes engranen deben tener el mismo módulo.

2

Active SolidWorks Toolbox Vaya a la pestaña Productos Office y en el botón SolidWorks Office active SolidWorks Toolbox.

3

Abra la Biblioteca de diseño Haga clic en el botón Biblioteca de diseño potencia.

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y abra Toolbox / ISO / Transmisión de

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4

       

Inserte un engranaje recto Arrastre el ícono de Engranaje recto al área gráfica, suéltelo parámetros: Módulo: 3 Número de dientes: 24 Angulo de presión: 20 Anchura de cara 12. Esto define el ancho del engranaje Tipo de cubo: Tipo A Diámetro de eje nominal: 20 Ranura de chaveta: Cuadrado(1) Mostrar dientes: 20

y configure sus

Acepte la operación y haga clic de nuevo en la pantalla para insertar un segundo engranaje.

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5

Edite el tamaño del engranaje. De clic derecho en cualquier cara de uno de los engranajes y seleccione Editar definición del toolbox. Cambie el número de dientes a 16 y acepte. Esta edición de componentes del Toolbox sólo es posible si el complemento SolidWorks Toolbox está activado.

6

Agregue relaciones Agregue relaciones Concéntrica y Coincidente para ubicar los engranajes como se muestra

7

Arrastre los componentes hasta una posición de no interferencia como se muestra

8

Agregue una relación de posición Engranaje En la barra Ensamblaje haga clic en Relación de posición. Seleccione:  En Relaciones de posición mecánicas seleccione Engranaje. En Entidades para seleccionar las aristas circulares de los engranajes. En relación escriba 3 y 2, pulse Enter luego de escribir cada valor. Estos valores representan la relación entre los diámetros de paso de los engranajes, se puede escribir otro par de valores con la misma relación como 30 y 20 por ejemplo.

 

Acepte la operación y gire los componentes para probar la relación. Si los engranes giran en el mismo sentido edite la relación de posición y active o desactive la casilla Invertir

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9

Agregue un motor rotatorio. Agregue un motor rotatorio de 100RPM a la cara indicada y simule el mecanismo.

10

Empaquetar dependencias Cuando se inserta un componente desde el Toolbox este aparece con un tamaño por defecto, los valores de las propiedades del componente se agrega a la pieza. Esta nueva información se guarda en la pieza del toolbox, con lo cual si se lleva sólo el ensamble a otro equipo, SolidWorks mostrará los componentes del Toolbox en sus tamaños por defecto. Para solucionar esto se deben llevar todos los componentes del ensamble: las piezas creadas por el usuario y las del toolbox. Una manera rápida de hacer esto es usando el comando Empaquetar dependencias. Para ello vaya al menú Archivo / Buscar referencias. Haga clic en el Copiar archivos… aparece la siguiente ventana. Desde allí se puede empaquetar todos los archivos del ensamble (la pieza Soporte no aparece pues es una pieza virtual) y de manera opcional dibujos o resultados de SolidWorks, también se puede guardar todo en un archivo zip. Si guarda el ensamble en la carpeta original del mismo desactive el nombre del ensamble pues no se puede reemplazar un archivo abierto. Si desea guardar en una carpeta diferente active todas los componentes y de clic en Examinar, seleccione una carpeta y luego de clic en Guardar.

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Piñón de cremallera 1 Abra el ensamble Prensa.sldasm

2

Oculte los componentes De clic derecho en el componente 810-12 y elija ocultar componentes, haga lo mismo con el componente 2723:

3

Arrastre los componentes hasta una posición de no interferencia como se muestra.

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4

  

Agregue la relación de posición Piñón de cremallera. En la barra Ensamblaje haga clic en Relación de posición. Seleccione:  En Relaciones de posición mecánicas seleccione Piñón de cremallera. En Cremallera seleccione la arista lineal indicada. En Piñón seleccione la arista circular indicada. En Diámetro de paso de piñón escriba 25.4mm

Pruebe el mecanismo, si el mecanismo se mueve de manera incorrecta edite la relación y active la opción Invertir dirección.

5

Agregue un motor rotatorio. Agregue un motor rotatorio de 25RPM a la cara indicada y simule el mecanismo.

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Tornillo 1 Abra el ensamble Tornillo de banco.sldasm

2

  

Agregue una relación de posición Tornillo En la barra Ensamblaje haga clic en Relación de posición. Seleccione:  En Relaciones de posición mecánicas seleccione Tornillo. En Entidades para seleccionar las caras cilíndricas indicadas para definir los ejes. En Distancia/revolución escriba 6.35. Si es necesario active Invertir dirección para que la prensa cierre al girar la barra en el sentido de las agujas del reloj.

Car a a seleccionar

Car a a seleccionar

3

Agregue un motor rotatorio. Mueva el ensamble hasta aproximadamente la posición indicada y agregue un motor rotatorio de 20RPM a la cara indicada, simule el mecanismo.

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4

Compruebe interferencias Use SolidWorks Motion, calcule la simulación y dentro del MotionManager de clic derecho al ensamble y escoja Comprobar interferencia

Con una ventana seleccione todo el ensamble y de clic en Buscar ahora.

El comando busca las interferencias cuadro por cuadro. Se muestra el tiempo en que ocurren las interferencias y el volumen de éstas

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5

Use contactos Cree un contacto y seleccione los componentes Bola (ambas), Base y la Quijada móvil, use los valores por defecto de contacto, calcule la simulación.

1.15 Ejercicios 1 Robot dr4000  

Abra el archivo dr4000.sldasm Cree un estudio de movimiento para generar una animación de movimiento desde la posición inicial a la final mostrada



Agregue un segundo estudio de movimiento para generar una explosión con entrada / salida lenta de clave. En un tercer estudio de movimiento agregue motores rotatorios para conseguir el mismo efecto. Asuma valores y grafique el movimiento del extremo del robot para posición, velocidad y aceleración.



2

Motor V8  Abra el archivo Motor V8  Agregue un torque de 100N-mm al cigüeñal, agregue el material acero inoxidable al cromo a todas las piezas y gravedad, y grafique la velocidad de cualquiera de los pistones.

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3

Engranajes cónicos  Abra el archivo Engranajes conicos  Agregue contacto 3d entre los engranes, agregue un torque de 0.1N-mm al engrane horizontal.  Calcule el movimiento y grafique la velocidad del engrane vertical

4

Puerta con amortiguador  Abra el archivo Puerta.sldasm  Use una vista de sección y agregue un resorte con k = 1N/mm, L= 180mm y constante de amortiguamiento lineal = 5N-s/mm entre los componentes indicados

 

Reproduzca la simulación con un tiempo total de 20s y grafique la velocidad angular de la puerta

5

Estrella genova  Abra el archivo EstrellaGenova.sldasm  Agregue un contacto3D entre Pieza2 y Pieza3  Agregue un motor rotatorio de 100RPM a Pieza3 y grafique la velocidad de Pieza2

6

Robot Soldador  Abra el archivo RobotSoldador.sldasm  Agregue una relación de posición de trayecto para hacer que la punta del robot siga la trayectoria. Para seleccionar la ruta use el botón gestor de selección, seleccione los segmentos y acepte la ventana del gestor.

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

7

Prensa para tubos  Abra el archivo PrensaParaTubos.sldasm  Agregue una relación de tornillo para que al dar una revolución al mango la quijada se mueva 3mm.  Agregue un motor de 50RPM al tornillo y simula para 20s

8

Tractor  Abra el archivo Tractor.sldasm  Haga que el tractor siga las splines del Croquis1. Use los puntos indicados. Uno de los puntos puede correr libre por el croquis y el otro seguir un porcentaje.

9

Reductor de velocidades  En este ejercicio se va a construir un diseño preliminar de un reductor de velocidades. Para ello se va a usar engranajes helicoidales de la librería SolidWorks Toolbox. Primero vamos a examinar algunas características de los engranajes helicoidales.

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

Engranajes helicoidales. Son similares a los engranajes rectos excepto que los dientes están en un ángulo con el eje del engranaje. Un engranaje helicoidal puede tener una dirección de hélice en mano izquierda o derecha, dependiendo de a dónde se dirige la pendiente de los dientes al ver al engranaje de frente. Los engranes helicoidales pueden operar a velocidades más altas que los rectos y de manera más suave. A continuación se presentan algunas parámetros:

   

Módulo: m Número de dientes: Z Angulo de hélice: t Diámetro primitivo: D = m * Z / cos(t)



Con estas fórmulas y los datos siguientes se debe construir el siguiente reductor de velocidades:



Para ello considere los valores para los engranajes:

Módulo Número de dientes Dirección de hélice Ángulo de hélice Ángulo de presión Anchura de cara Tipo de cubo Diámetro de eje Nominal Ranura de chaveta

 

A 3 16

B 3 30

C 3 16

D 3 60

Mano izquierda 20 20 40 A 30

Mano derecha 20 20 40 A 35

Mano derecha 20 20 50 A 35

Mano izquierda 20 20 40 A 60

Ninguna

Ninguna

Ninguna

Ninguna

Calcule la distancia entre centros Construya la el bloque con las siguientes medidas

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 

La altura del bloque es de 125mm y el espesor de pared de 10mm Los agujeros tienen los diámetros:

 

Los ejes de adelante y atrás miden 300mm de longitud Construya un ensamble e inserte las piezas (también puede usar un ensamble con piezas virtuales) Agregue los engranajes. Agregue relaciones de posición. Simule para una velocidad de entrada (al piñón) de 500RPM, calcule las velocidades para los demás engranajes y compruébelo graficándolas en SolidWorks Motion.

  

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2

PhotoView 360

2.1 Introducción PhotoView 360 es la solución de visualización y renderizado de SolidWorks. Es un entorno altamente interactivo para ver los diseños así como para crear renderizados fotorealísticos que se pueden usar para mostrar sus diseños. PhotoView 360, basado en SolidWorks Intelligent Feature Technology (SWIFT), ayuda a usuarios CAD principiantes a conseguir resultados de expertos. Sus herramientas de renderizado progresivo simples de usar permiten fotorealísticamente renderizar una escena mientras que permite continuar trabajando en la misma escena, a diferencia de otros programas que fuerzan al usuario a esperar hasta que la escena está completa. PhotoView 360 se encuentra disponible en SolidWorks Professional o SolidWorks Premium. Es necesario cargar el complemento PhotoView, para ello vaya a la pestaña Poductos Office y en el botón SolidWorks Office active PhotoView.

Si hubiesen otros complementos activados desactívelos, no serán necesarios por el momento. Debe aparecer la barra Herramientas de renderizado:

Vamos a comenzar con un ejemplo. Abra la pieza Radio Linterna.sldasm

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2.2

Vista preliminar

1

Active la Vista preliminar En la barra Herramientas de renderizado active Vista preliminar, haga la ventana lo más pequeña posible y colóquela en una esquina.

2.3

Agregar apariencias (color y textura) Apariencias Una Apariencia define las propiedades visuales de un modelo, incluyendo el color y la textura. Las apariencias no afectan las propiedades físicas, que son definidas por los materiales. A cada material se asigna una apariencia predeterminada que emula el aspecto del material. Jerarquía de apariencias En una pieza, puede agregar apariencias a caras, operaciones, sólidos y a la pieza propiamente dicha. En un ensamblaje, puede agregar apariencias a componentes. Una jerarquía se aplica a apariencias, según el lugar del modelo donde se encuentren asignadas.  

La apariencia de una cara se ve incluso si su operación padre tiene una apariencia asignada. La apariencia de una operación se ve incluso si su sólido padre tiene una apariencia asignada.

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 





2

La apariencia de un sólido se ve incluso si su pieza padre tiene una apariencia asignada. La apariencia de un componente (en ensamblajes solamente) reemplaza todas las asignaciones de apariencias en las caras, las operaciones, los sólidos o las piezas del componente. Se pueden aplicar apariencias a nivel de componente (ensamblaje) o a nivel de pieza, así una pieza puede tener una apariencia como pieza y otra apariencia dentro de un ensamble. Tanto los colores y texturas de apariencias se pueden editar.

Agregar una apariencia Vaya a la pestaña Apariencias, escenas y calcomanías. Abra la carpeta Apariencias (Color) / Plástico / Poco lustroso y arrastre la apariencia plástico blanco poco lustroso a la pieza Cuerpo.

Al arrastrar aparecerá la barra de jerarquía de apariencias. De clic en el ícono de ensamblajes.

3

Editar una apariencia De clic derecho en la pieza Cuerpo y dentro del botón Apariencias escoja el ícono de ensamblajes.

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En Color escriba los valores 231, 15, 0 en Rojo, Verde y Azul respectivamente. Active el botón Avanzado y la pestaña Iluminación. Escriba o mueva el slider para un valor de Reflexión especular de 1.0 para hacer la apariencia más lustrosa. De clic en .

4

Agregar más apariencias Otra manera de agregar apariencias es usando el botón Editar la apariencia. De clic en este botón, borre Radio Linterna.sldasm de Geometría seleccionada y seleccione los componentes Porta reflector, Mango y Base.

Active la pestaña Apariencias, Escenas y Calcomanías en el lado derecho y seleccione Apariencias / Plástico / Texturado / PW-MT11245. En color seleccione Negro (el más inferior). Ingrese a la pestaña Iluminación y escriba 0 en Difusión, 0.2 en Reflexión especular, 0.005 en Reflectividad. Acepte.

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5

Agregar apariencia metálica Agregue la apariencia Metal / Cromo / chromium plate a los componentes Barra1, Barra2, Barra3, Barra4. Acepte los valores por defecto.

6

Agregar apariencia plástica Agregue la apariencia Plástico / Poco lustroso / plástico negro poco lustroso a los componentes Mascara, Perilla1, Perilla2, switch, Porta parlante1, Porta parlante2. En color seleccione el color Negro más oscuro. Acepte.

7

Asignar una apariencia de espejo Asigne la apariencia Vidrio / Lustroso / espejo al componente Reflector. Debe seleccionar En nivel de documento de pieza, esto permitirá asignar luego la apariencia LED a algunas caras de la pieza Reflector, si se selecciona En nivel de componente la apariencia Espejo se aplicará a todas sus caras impidiendo aplicar apariencias diferentes a algunas de éstas.

8

Asignar un led Seleccione con la tecla Control las dos caras del led dentro del Reflector, de clic derecho y seleccione Cara del árbol de jerarquías. Asigne la apariencia Luces / LED / LED blanco. Vaya a la pestaña Iluminación y asigne 100 en Intensidad Luminosa.

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2.4

Asignar apariencia desde un archivo

9

Asignar una apariencia desde un archivo Ingrese a Apariencias, borre la selección de Ensamble, la geometría seleccionada debe estar a nivel de pieza para que el cambio afecte a la pieza y se propague al otro parlante. Seleccione la pieza Parlante1. Dentro de ruta a la apariencia seleccione el archivo Parlante.jpg. De clic en Guardar cuando se le pida Guardar como y luego No en visibilidad de carpetas. Arrastre la esquina de la apariencia para redimensionarla.

Active Color y seleccione el plomo mostrado

Vaya a la pestaña Acabado superficial y asigne 4 en Intensidad de relieve, de esa manera se obtiene un relieve en vez de una superficie plana. Acepte.

2.5

Asignar calcomanías

10

Agregar una calcomanía a la máscara De clic en el botón Editar calcomanía, de clic al botón Examinar… y seleccione la imagen mascara.png. Active usar canal alfa de imagen de calcomanía. Vaya a la pestaña Asignación y seleccione Aplicar cambios en el nivel de documentos de pieza (No se recomienda hacerlo en nivel de componente).

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Seleccione la cara frontal de la pieza Mascara. Si es necesario seleccione de nuevo hasta que aparezca la selección en el cuadro Entidades seleccionadas.

En Asignación escoja Etiqueta y escriba 270 en Rotación. Redimensione y mueva la etiqueta para ubicar el texto como se muestra.

Acepte el comando.

11

Aplicar más calcomanías Agregue las calcomanías a los componentes de acuerdo a la tabla: Calcomanía Componente Volumen Perilla1 Tuning Perilla2 Dial Cuerpo Logo Cuerpo (lado derecho) Logo Cuerpo (lado izquierdo) Lado derecho

Lado izquierdo SolidWorks 2012 Nivel III

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2.6

Aplicar una escena

12

Cambiar de escena Vaya al botón Aplicar escena y seleccione la escena Tienda de luz.

13

Activar luces en Photoview Abra la pestaña Display Manager, y active el botón Ver Escenas, Luces y Cámaras. Por defecto las luces Direccional1 y Direccional2 (y otras si las hubiera) están activadas en SolidWorks (por el botón ) pero desactivadas en PhotoView (por el botón ). De clic derecho en Direccional1 y seleccione Activar en PhotoView, repita para Direccional2. Así la escena tendrá más iluminación.

2.7

Opciones de renderizado

14

Editar opciones Ingrese al comando Opciones de la pestaña Herramientas de renderizado.

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En tamaño seleccione 1024x768, Formato de imagen JPEG, Calidad de renderizado final Maxima, active Efecto Bloom (Agrega un efecto bloom en la imagen, lo cual genera un brillo alrededor de los objetos muy brillantes o reflectantes. El bloom sólo se percibe en el renderizado final, no en la vista preliminar.)

2.8

Agregar cámaras

15

Agregar una cámara Una cámara permite agregar perspectiva a una vista y se pueden usar en animaciones. Abra la pestaña Display Manager, y active el botón Ver Escenas, Luces y Cámaras. De clic derecho a Cámara / Agregar cámara.

Seleccione en Objetivo por selección la cara superior plana de la pieza Cuerpo.

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En campo de vista seleccione Angulo 35mm de ancho. Acepte.

De clic derecho a Cámara1, desactive Bloquear cámara y active Vista de cámara.

16

Renderizado final De clic al botón Renderizado final.

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17

Guardar la imagen resultante De clic al botón Guardar imagen de la ventana Renderizado final.

2.9

Usar Estados de visualización

18

Cambiar de nombre a un estilo De clic al botón Mostrar panel de visualización.

De clic derecho a un área libre del panel de visualización y escoja Cambiar nombre de estado de visualización. Escriba Naranja y presione Enter.

19

Crear un nuevo estado de visualización. De clic derecho a un área libre del panel de visualización y escoja Agregar estado de visualización. Escriba Rojo y presione Enter.

De clic derecho a cuerpo, abra el botón Apariencias y seleccione el ícono con el color naranja.

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Seleccione el color Rojo intermedio. En el panel Estados de visualización escoja Este estado de visualización.

20

Agregar otro Estado de visualización Repita el mismo procedimiento del paso anterior para crear un Estado Amarillo, con la pieza Cuerpo en color amarillo.

21

Activar un Estado de visualización De clic derecho al panel de Estado de visualización y seleccione Activar estado de visualización / Naranja y luego Rojo.

22

Cree nuevos renderizados Cree nuevos renderizados usando los estados de visualización antes creados.

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23

Guarde su trabajo.

2.10 Renderizar animaciones 1

Abrir archivo Abra el archivo Casa.sldprt

2

Agregar una cámara Ingrese a la pestaña DisplayManager / Ver escena Luces y Cámaras. De clic derecho a Cámara y elija Agregar cámara.

Active Objetivo por selección y seleccione el Croquis3D2, escriba 1 en Distancia en Porcentaje. Active Posición por seleccion, seleccione el Croquis3D2, escriba 0 en SolidWorks 2012 Nivel III

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Distancia en Porcentaje. En Rotación escriba 0. En cociente Anchura/Altura seleccione 4:3. Acepte.

3

Modificar un estudio de movimiento Ingrese al Estudio de movimiento1, de clic derecho a Camara1 y elija Vista de Cámara.

Mueva el tiempo actual a 30s.

De clic derecho a Camara1 y elija Propiedades… Cambie los porcentajes 1 y 0 a 100 y 99 respectivamente. Acepte.

Reproduzca la animación.

4

Guardar la animación Oculte los planos y croquis. De clic al botón Guardar animación.

 En tamaño de imagen escriba 800 x 600, Renderizador Pantalla de SolidWorks, 15 Fotogramas por segundo. De clic en Guardar, Cuando guarde el video y el programa le pida un compresor, elija Fotogramas completos (sin comprimir). Reproduzca la animación cuando termine.

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5

Guardar renderizado De clic al botón Guardar animación, En tamaño escriba 300x225, 7.5 fotogramas por segundo. El renderizador es PhotoView. De clic en Guardar. Cuando el programa le pida un compresor, elija Fotogramas completos (sin comprimir).

6

Renderizado final Para un renderizado final el tamaño es de 800x600, 25 fotogramas por segundo.

7

Guarde su trabajo.

2.11 Ejercicios

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Para las siguientes piezas haga renderizados salvando el resultado en un archivo. Configure materiales, luces, escenas, calcomanías, etc.    

Cuchillo.sldprt Navaja.sldprt Rueda.sldprt Tacho.sldprt

Para los siguientes ensambles use el estudio de movimiento 1 que hay en cada ensamble para generar una animación, guárdela como video.  

Tractor.sldasm Motor V8.sldasm

Para mejorar la calidad del video puede hacer lo siguiente:  

  

En Opciones de PhotoView vaya a Calidad de renderizado final / Máxima. En un estudio de movimiento use el botón propiedades de estudio de movimiento. Configure Tramas por en 25-30 cuadros por segundo como máximo, recalcule la simulación. Cuando guarde la animación en archivo configure el número de fotogramas por segundo en el mismo valor que usó en Tramas por. En la misma ventana, en tamaño de imagen escoja un tamaño más grande. Cuando guarde el video y el programa le pida un compresor, elija Fotogramas completos (sin comprimir).

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3

SolidWorks Simulation

3.1

Introducción Una pregunta usualmente planteada en los problemas de ingeniería es: ¿Cómo responderá el Sistema a una Acción predeterminada?. Teniendo en cuenta que el sistema y la acción pueden ser una estructura y un conjunto de cargas, un elemento disipador y una fuente de calor, etc. Para describir la respuesta de sistemas simples se pueden emplear ecuaciones que representan las relaciones entre las variables del mismo. Al solucionar tales ecuaciones se obtiene una solución analítica. Pero muchas veces los sistemas encontrados en la práctica son de una complejidad tal que abordarlos por este método suele ser muy difícil. Ante esto han aparecido técnicas matemáticas que dividen los sistemas en partes pequeñas, a los que se aplican ecuaciones sencillas. Estas ecuaciones se combinan y resuelven y se obtiene el resultado del problema. Esta es una solución numérica. Un método numérico es el método de elementos finitos (FEM), el cual es adecuado para su uso en una computadora y es aplicado frecuentemente en el análisis de estructuras. Luego del estudio se puede emplear un criterio de falla para determinar si la estructura fallará o no ante en las condiciones expuestas.

3.2

Pasos del análisis Aunque en el mercado hay muchos programas capaces de usar el FEM para la solución de problemas, se pueden agrupar los pasos para realizar el análisis como sigue: 1.

Realización de un modelo. Lo cual conlleva a definir su geometría.

2.

Definición de un estudio. Que comprende definir: i. Tipo de análisis (estático, térmico, en frecuencia, etc) ii. Material. iii. Conjunto de cargas y restricciones. iv. Enmallado.

3.

Visualización e interpretación de resultados.

4.

Si el modelo no satisface las expectativas, se puede regresar al paso 1.

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En este caso se van a usar los programas Simulation y SolidWorks. En SolidWorks se define el modelo (Paso 1), mientras que en Simulation se realiza el estudio (Paso 2). Simulation se integra bastante bien dentro de SolidWorks, logrando que la obtención de resultados sea algo bastante sencillo. Active SolidWorks Simulation: Vaya a la pestaña Productos Office / SolidWorks Office y active SolidWorks Simulation:

3.3 1

Análisis de piezas

2

Asignar material Clic derecho en Material (sin especificar) y asígnele el material Acero / AISI 304

Abrir Archivo Abra el archivo Base.sldprt

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3

Crear un nuevo estudio Vaya a la pestaña Simulation y de clic en la flecha inferior del botón Asesor de estudios y escoja Nuevo estudio

Escoja el estudio Estático y de clic en Aceptar

4

Añadir sujeciones Vaya a la pestaña Simulation y de clic en la flecha inferior del botón Asesor de Sujeciones y escoja Geometría Fija

Escoja la cara indicada (gire la vista en caso de ser necesario) y acepte

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5

Añadir cargas Vaya a la pestaña Simulation y de clic en la flecha inferior del botón Asesor de Cargas y escoja Fuerza

Seleccione la cara indicada y asigne un valor de 100N, invierta la dirección

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6

Crear el enmallado Vaya a la pestaña Simulation y de clic en la flecha inferior del botón Ejecutar y escoja Crear malla, acepte los valores por defecto.

7

Ejecutar el estudio De clic al botón Ejecutar

Se muestran los esfuerzos de Von Mises en una escala de colores:

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8

Cambiar unidades De clic derecho en Resultados / Tensiones y seleccione Editar Definición

Cambie las unidades a MPa y en Forma deformada seleccione Automático, Acepte.

9

Criterio de falla de Von Mises Se usa el criterio de Von Mises para encontrar fallas en el modelo estudiado. Esfuerzo de Von Mises = VM Limite Elástico = LE Factor de Seguridad = FS = LE / VM Si: VM es menor que LE entonces la deformación es elástica (FS mayor a 1). VM es mayor que LE entonces la deformación es plástica (FS menor a 1). VM es igual que LE entonces estamos al inicio de deformación plástica (FS igual a 1).

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Ya que el Esfuerzo de Von Mises varía en cada punto de la pieza, también lo hará el Factor de Seguridad. Se debe buscar los puntos donde VM sea máximo o FS mínimo, estos son los puntos críticos.

10

Iso-Superficies En el ejemplo se pueden aislar los puntos críticos, dando clic derecho a Tensiones1 y escogiendo Iso-Superficies

Puede mover el slider para modificar el Valor Iso y los volúmenes que tienen un esfuerzo mayor o menor al Valor Iso. Al terminar cancele el comando.

11

Medir desplazamientos De doble clic a Desplazamientos1, aparecen los desplazamientos en mm.

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12

Definir la gráfica de Factor de Seguridad De clic derecho en la carpeta Resultados y seleccione Definir trazado de factor de seguridad...

Acepte las opciones por defecto, se debe prestar atención al FS mínimo.

13

Modificar las cargas De clic derecho en Fuerza-1 y seleccione Editar definición..., cambie el valor a 10000 y Ejecute el estudio.

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14

Comprobar el Factor de Seguridad De doble clic a Factor de Seguridad1(-FDS-)

15

Modificar la geometría Regrese a la pestaña Modelo y Modifique la operación Saliente-Extruir1 a 15mm de Profundidad.

16

Rehacer el Estudio Regrese a la pestaña Estudio 1 y en la barra Simulation de clic a Ejecutar

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17

Compruebe el FS Se ha mejorado el FS de 4.7 a 6.9. Un mayor FS indica un diseño más seguro pero no debe ser demasiado alto, esto significaría que el diseño está sobredimensionado y por tanto es mas costoso y pesado de lo necesario.

18

Animar Resultados Active la gráfica de Tensiones usando doble clic y luego de clic derecho sobre la misma, seleccione Animar.

19

Grabar la animación Detenga la animación usando el botón Detener, asigne 20 en Cuadros, active Guardar como Archivo AVI y de clic en Reproducir. El video aparecerá en la carpeta Placa\Placa-Estudio 1. Acepte el comando Animación.

3.4 1

Análisis de Soldaduras y pernos Abrir Archivo Abra el archivo Base de Poste.SLDPRT, ya contiene el material Acero Aleado.

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2

Crear un estudio Cree un estudio Estático

3

Asigne espesor Usando la tecla Shift seleccione la primera y última superficie dentro de la carpeta de superficies del estudio. De clic derecho y escoja Editar definición...

Escoja el tipo Grueso (si el espesor excede el 5% de las dimensiones de las placas, en caso contrario usar Delgado) y 5mm en Espesor de elementos SHELL.

4

Añadir soldadura En la barra Simulation, abra la flecha debajo del Asesor de conexiones y escoja Soldadura de arista.

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En tipo escoja Redondeo, de doble lado. Seleccione la cara triangular en Conjunto de caras1, la cara plana cuadrada en Conjunto de caras2, cambie el tamaño de soldadura a 0.5in, acepte los demas valores por defecto.

5

Añadir otra soldadura Ingrese nuevamente al comando Soldadura de arista y en tipo escoja Redondeo, de doble lado. Seleccione la cara triangular en Conjunto de caras1, la cara del cilindro en Conjunto de caras2, cambie el tamaño de soldadura a 0.5in, acepte los demás valores por defecto.

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6

Añada más soldaduras De la misma manera añada las soldaduras restantes (6) a las demás placas. Puede mantener abierto el comando haciendo clic en el botón Mantener visible.

7

Añada un contacto Unión rígida Ingrese al comando Conjunto de contactos.

Seleccione Unión rígida en Tipo, la arista circular del tubo en Caras, aristas o Vértices para Set1, la cara plana cuadrada en Caras, aristas o Vértices para Set2. Acepte.

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8

Suprima el contacto por defecto Al haber agregado los contactos de soldadura y unión rígida, ya no es necesario el contacto global Unión rígida. De clic derecho en Escenarios de contacto / Contacto-1 y escoja Suprimir.

9

Añadir Pernos Entre al Asesor de conexiones y escoja Perno

Asigne lo siguiente: En tipo Tornillo de fundación. En arista circular, la arista circular de un agujero de la placa cuadrada. En plano de destino el Plano2. Active Datos de resistencia y escoja Zona del límite de tensión calculada, 5 roscas / pulgada, 4500 kgf/cm^2 en resistencia del perno.

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Escriba una precarga de 100N-m. Active el botón mantener visible y asigne los demás pernos.

10

Pared virtual Entre al comando Escenarios de contacto, escoja en Tipo Pared virtual, escoja la cara plana cuadrada en Caras, aristas o Vértices para Set1 y Plano2 en Plano de destino. Acepte las demás opciones.

11

Agregue una carga Ingrese al Asesor de cargas y seleccione Fuerza

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Seleccione la arista circular superior del cilindro en Caras, aristas, vértices o puntos de referencia para Fuerza. Active Dirección seleccionada y seleccione la arista lineal en Z de la base. Active el botón Fuerza y escriba 5000 en A lo largo de la arista.

12

Ejecute el estudio De clic al botón Ejecutar, el enmallado se hará de manera automática para luego correr el estudio.

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13

Factor de Seguridad Agregue la gráfica de Factor de Seguridad, aísle las zonas críticas usando la opción de Iso-Superficies (FDS min = 1.3).

14

Comprobar Soldaduras De clic derecho a la carpeta Resultados y seleccione Definir trazado de comprobación de soldadura.

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Las soldaduras que no resisten se muestran en rojo y los que sí en verde.

15

Comprobar pernos De clic derecho a la carpeta Resultados y escoja Definir trazado de comprobación de perno/pasador...

Los pernos que resisten se muestran en verde, los demás en rojo.

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16

Mejorar el Factor de Seguridad Ya que la placa horizontal muestra el factor de seguridad más bajo, se intentará mejorar éste incrementando el espesor. De clic derecho en la primera superficie de la lista y seleccione Editar definición...

Asigne un espesor de 10mm.

17

Modifique el plano de pared virtual El plano de pared virtual debe quedar a una distancia de la mitad del espesor de la placa que está apoyando. Por tanto cambie la distancia del Plano2 de 2.5 a 5mm.

18

Correr el estudio Corra el estudio de nuevo, verifique el nuevo FS = 3.5 (el anterior era 1.3)

19

Salve su trabajo

3.5 1

Análisis de superficies y chapa metálica

2

Abrir archivo

Abrir archivo Abra el archivo silla de plastico.SLDPRT. Se va a analizar esta silla para comprobar si resiste un peso de 1000N (aproximadamente 100Kg) de carga vertical. Al ser la pieza simétrica se analizará 1/4 de la misma.

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Abra el archivo SILLA 1_4.SLDPRT. Se ha suprimido el espesor y se analizará como superficie. La pieza ya tiene el material Nailon 101.

3

Crear un estudio Cree un estudio estático.

4

Asignar espesor De clic derecho a la superficie SILLA 1_4 y seleccione Editar definición...

Seleccione Grueso con un espesor de 3mm

3.6 5

Análisis de piezas simétricas Restricciones de simetría Ingrese al botón Asesor de sujeciones / Sujeciones avanzadas

Seleccione las 3 aristas inferiores de la pieza dentro de Caras, aristas o vértices para sujeción. El Plano Alzado en Cara, Arista, Plano o Eje para Dirección. Active el botón A lo largo del plano Dir. 2 y asigne 0mm como valor. Acepte.

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6

Añada más restricciones Ingrese nuevamente al comando Sujeción, seleccione las 4 aristas de la izquierda y el plano Alzado. Active el botón A lo largo del plano Dir.1 y asigne 0mm.

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7

Más restricciones Ingrese nuevamente al comando Sujeción, seleccione las 4 aristas de la derecha y el plano Alzado. Active el botón Normal al plano y asigne 0mm.

8

Asignar Fuerza Entre al comando Fuerza, seleccione la cara indicada, con un valor de 250N de Fuerza normal (es 1/4 del total)

9

Crear malla

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En este ejemplo será necesario modificar las opciones de mallado. De clic derecho Malla y seleccione Crear malla...

Active Parámetros de mallado y Malla basada en curvatura, el mallador crea más elementos en zonas de mayor curvatura automáticamente.

10

Ejecute el estudio Cuando aparezca la ventana de Grandes desplazamientos, haga clic en Sí. La solución para grandes desplazamientos es necesaria cuando la deformación obtenida altera significativamente la rigidez (capacidad de la estructura para resistir cargas). La solución para desplazamientos pequeños supone que la rigidez no cambia durante la carga. En cambio, la de grandes desplazamientos supone que la rigidez cambia durante la carga, por lo tanto, aplica la carga a cada paso y actualiza la rigidez para cada paso de la solución.

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11

Verifique los desplazamientos Active la gráfica de desplazamientos (Desplazamiento máximo = 19.3mm)

12

Verifique el factor de seguridad Cree la gráfica de Factor de seguridad

13

Mejorar el factor de seguridad

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Abra el archivo SILLA CON NERVIOS.SLDPRT. Esta versión contiene nervios que ayudan a darle mayor rigidez a la parte superior de la silla.

14

Crear un estudio Cree un estudio Estático.

15

Asignar espesor Asigne un espesor de 3mm (Grueso) a ambas superficies.

16

Restricciones de simetría Aplique las restricciones de simetría de la misma manera como se hizo en el ejemplo anterior, incluya las aristas de los nervios en los lados izquierdo y derecho.

17

Mallado y Fuerza Use la malla basada en curvatura y la fuerza de 250N

18

Establecer contactos entre superficies Hay que establecer el contacto entre las caras de la silla y los nervios. De clic derecho a Conexiones y seleccione Contactos...

En Tipo seleccione Unión rígida, en Caras, aristas o Vértices para Set1 seleccione las aristas de los nervios que están en contacto con las caras de la silla. En Caras para Set2 seleccione las caras de que están en contacto con las aristas anteriores.

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19

Correr el estudio. Corra el estudio, compruebe el Factor de seguridad (12) y el desplazamiento máximo (3mm).

20

Minimizar el peso A fin de reducir el peso y comprobar la resistencia de la silla se creará un nuevo estudio, duplicando el anterior. De clic derecho al Estudio1 y seleccione Duplicar. El nombre del estudio será Delgado.

21

Editar definición de superficie Edite la definición de la superficie de la silla a 2.5mm, deje el nervio en 3mm.

22

Correr el estudio. Corra el estudio, compruebe el Factor de seguridad (8.7) y el desplazamiento máximo (4.5mm).

23

Salve su trabajo.

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3.7 1

Análisis de ensambles

2

Añadir contactos De clic derecho a Conexiones y elija Contactos...

Abrir archivo Abra el archivo MONTAJE DE CILINDRO HIDRAULICO.SLDASM. Cree un estudio estático. Suprima el Contacto global (-Unión rígida-) y Active una vista de sección.

En tipo elija Sin penetración. Seleccione las 2 caras en forma de anillo con agujeros que están en los componentes CILINDRO ARM 5500 y TAPA DE SALIDA DE VASTAGO ARM EX 5500 en Caras para Set1 y Caras para Set2 respectivamente.

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3

Añadir más contactos Agregue un contacto Sin penetración entre las caras en forma de anillo de los componentes EMBOLO DE CILINDRO HIDRAULICO ARM y TAPA DE SALIDA DE VASTAGO ARM EX 5500.

4

Agregar pernos Vaya al comando Pernos. En tipo seleccione Tornillo estándar o refrentado. En Arista circular de taladro de cabeza de perno seleccione la arista de cualquier taladro. Active Datos de resistencia y escriba 11 roscas/pulg en paso. La resistencia del perno es 6.204e+008 N/m^2. Factor de seguridad es 2. La precarga es del tipo Torsor con 2461 N-m. Acepte. En el cuadro de diálogo de clic en Sí para agregar esta configuración a todos los pernos.

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5

Agregar presión Ingrese al comando presión. Seleccione las caras internas de los componentes CILINDRO ARM 5500 y EMBOLO DE CILINDRO HIDRAULICO ARM. La presión de trabajo es 1500psi.

6

Añadir una restricción Añada una restricción Fijo a la cara seleccionada.

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7

Enmallar y correr el estudio Enmalle usando una malla basada en curvatura, ejecute el estudio y verifique los puntos críticos.

8

Salve su trabajo.

3.8 1

Optimización automática de forma y Estudios de diseño

2

Ubicar una carga en parte de una cara Croquice lo siguiente en la cara superior del modelo. Cierre el croquis.

Abra el archivo Abra el archivo Bandeja. Se optimizará la forma para que resista una carga de 750N, con un Esfuerzo máximo de Von Mises de 200MPa. El objetivo es minimizar el peso.

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3

Partir una cara usando Envolver Vaya al comando Insertar / Operaciones / Envolver. Seleccione el último croquis, elija la opción Inscribir y seleccione la cara superior de la chapa. Acepte.

4

Crear un nuevo estudio Cree un nuevo estudio estático. Observe que la chapa es tratada como una superficie con un espesor no editable. Agregue sujeciones Fijo a los agujeros y una carga de 150N normal a la cara mostrada. Corra el estudio.

5

Crear un estudio de diseño En la parte inferior de clic derecho a cualquier pestaña y seleccione Crear nuevo estudio de diseño.

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6

Añadir variables Abra la lista de variables y seleccione Agregar parámetro

En Nombre escriba Alto1 y seleccione la cota de 225. De clic en Aplicar. Haga lo mismo con la cota de 85 (Alto2) y la cota de 75(Pestaña)

Al final debe tener las 3 variables dentro de la lista Parámetros. Cancele Agregar parámetros y acepte Parámetros.

7

Lista de variables Agregue las 2 variables restantes, observe los valores por defecto de Mín, Máx y Paso.

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8

Agregar Restricciones Abra la lista de restricciones y de clic en Agregar sensor...

En Tipo de sensor escoja Datos de simulación, acepte los valores por defecto.

En Restricciones agregue Tensión1, seleccione Es menor que y en valor escriba 200MPa.

9

Agregar Objetivos En Objetivos seleccione Agregar sensor...

En Entidades para controlar seleccione cualquier cara del sólido. Acepte.

En Objetivos seleccione Masa1 con la opción Minimize.

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10

Ejecutar De clic al botón Ejecutar (Si no aparece disponible desactive y active la opción Optimización)

Comienza la optimización (29 escenarios).

11

Solución óptima Luego de varias iteraciones Simulation encuentra la solución óptima.

12

Guarde su trabajo.

3.9 Ejercicios Ejercicio 1 1 Abra la pieza Llave T. Asigne el material Acero inoxidable al cromo.

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2

Partir caras. Parta las caras usando el croquis

3

Crear estudio. Cree un estudio considerando las caras internas del agujero (6) fijas y fuerzas opuestas de 300N.

4

Resultados Calcule el factor de seguridad y el desplazamiento máximo

5

LLave L

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Abra la pieza LLave L. Con este croquis parta las caras:

6

Estudio Cree un estudio similar al ejemplo anterior con una fuerza de 300N

7

Comparar resultados. ¿En qué caso el factor de seguridad es mayor? ¿Donde es mayor el desplazamiento? ¿Cuál diseño es mejor? Modifique los modelos para que tengan un FS de al menos 1.25 (Sugerencia: varíe el diámetro de las varillas)

Ejercicio 2 1 Abrir archivo Abra el archivo Biela. Aplique el material AISI 1020 y use el comando Línea de partición para partir las caras cilíndricas de los apoyos.

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2

Crear estudio La cara superior del apoyo inferior es fija. La cara inferior del apoyo superior soporta una carga de 5000N hacia abajo.

3

Resultados. Encuentre el FS y el máximo desplazamiento.

4

Optimizar forma Cree un estudio de diseño para variar las cotas de 4.5mm y el espesor de nervio central de 3mm para obtener un FS = 5 (O equivalentemente un Esfuerzo de Von Mises = Límite elástico / FS), considerando como objetivo reducir el peso.

Ejercicio 3 1

Abrir archivo Abra el archivo Plataforma.SLDPRT. Cree un estudio estático.

2

Crear estudio Cree un estudio estático (Sugerencia: emplee un cuarto de la pieza y use la simetría), las caras inferiores no pueden moverse en la dirección vertical. La fuerza es de 40kN. El espesor de todas las placas es de 5mm (Grueso).

3

Resultados Encuentre lo siguiente: El FS y la deformación máxima. ¿Cuáles son las vigas más afectadas?

 

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 Haga los cambios necesarios al modelo para que pueda resistir una carga de 100kN con un FS = 3.

Ejercicio 4 1 Abrir archivo Abra el ensamble Soporte articulado.sldasm. Aplique el material acero aleado a todos los componentes.

2

Estudios de simulación Cree un estudio de simulación considerando que los agujeros de Base son fijos y que entre las piezas Base y Brazo hay un conector tipo pasador. La carga es de 100N.

También hay un pasador entre las piezas Bandeja y Brazo

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3

Resultados Encuentre el FS y máxima deformación.

4

Otras posiciones Encuentre los resultados del paso 3 para estas posiciones. Puede usar las configuraciones ya existentes.

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4

SolidWorks Flow Simulation

4.1

Introducción SolidWorks Flow Simulation está basado en técnicas de dinámica computacional de fluidos (CFD) y análisis térmico, totalmente integradas en SolidWorks que permiten resolver lo siguiente: 

Análisis de transferencia térmica de radiación entre superficies a alta temperatura. Posibilidad de calcular también la radiación solar.



Análisis de flujo de líquidos y gases en el interior de válvulas, reguladores y conductos.



Análisis de estructuras giratorias de referencia para la comprensión de los flujos giratorios complejos de determinada maquinaria (ej. bombas y propulsores).



Análisis de flujo momentáneo para simulación de flujo no constante a lo largo del tiempo.



Análisis de transferencia térmica por conducción y convección.

Otras funciones de simulación de flujos: 

Análisis de flujo externo de líquidos y gases alrededor de cuerpos sólidos (por ejemplo, el flujo de aire que rodea el ala de un avión o el flujo de agua que rodea a un submarino).



Análisis de flujo turbulento para ilustrar turbulencias de dominios de flujo (por ejemplo, de los gases del inyector del motor de una aeronave).



Simulación real de gases que permita solucionar con precisión las aplicaciones con gases a alta presión o a baja temperatura.



Completo análisis de flujo para flujos de gases en áreas de velocidad subsónica, transónica y supersónica.



Cálculo de descensos de presión en tuberías mediante valores de rugosidad de superficies.



Optimización de diseños mediante parámetros dimensionales y de flujo basados en CFD.



Análisis de flujo de fluidos no newtonianos (sangre, dentífrico o plásticos derretidos).



Análisis de flujos en pared móvil para el estudio de flujos relativos a una estructura móvil de referencia.

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

Análisis de cavitación para la identificación, en un modelo, de las áreas en las que se producirá cavitación.



Análisis de humedad orientado al cálculo de la humedad relativa en entornos cerrados para aplicaciones de control climático.

Dominio computacional Flow Simulation analiza la geometría del modelo y genera automáticamente un dominio computacional en la forma de un prisma rectangular que incluye el modelo. Los planos del dominio computacional son ortogonales a los ejes de coordenadas globales del sistema. Usted puede cambiar el tamaño manualmente o redefinir el dominio computacional utilizando varias opciones:



Cambiar las dimensiones del dominio computacional.



Especificando planos de simetría.



Especificando condiciones de contorno periódicas.



Cambiando a un análisis en 2D.

Flow Simulation proporciona resultados precisos independientemente de la complejidad del modelo. Para flujos internos el requisito de modelado es que todas las aberturas del modelo debe ser cerrados con tapas. Esto es necesario porque las condiciones de contorno de flujo de simulación en las entradas y salidas deben ser definidas en superficies en contacto con el fluido. Las tapas ofrecen estas superficies de contacto con el fluido en las entradas y salidas. Puede crear tapas como operaciones Extruir en una parte o como componentes separados en un ensamble. Para los flujos externos, las condiciones de frontera lejana se especifican en los límites del dominio computacional. Puede reducir el tiempo de CPU para el cálculo del campo de flujo mediante el Component Control (una herramienta del programa) para simplificar el modelo.

Condiciones iniciales y de contorno Antes de iniciar el cálculo, debe especificar las condiciones de contorno y condiciones iniciales para el campo de flujo. Para los flujos externos, las condiciones de contorno de campo distante se especifican en el dominio computacional. Para los flujos internos, las condiciones de contorno se especifican en el modelo, las entradas y

salidas

(ver

condiciones

de

frontera).

Las condiciones de Frontera transferidas permiten usar los resultados de cáculos SolidWorks 2012 Nivel III

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previos (que pueden haber sido realizadas en otro proyecto) como condiciones de frontera. Este tipo de condición de frontera puede ser especificado en las fronteras de un dominio computacional para flujos internos o externos. Esto puede servir para no tener que construir tapas en caso de fluidos internos. En cuanto a las condiciones iniciales, usted puede especificar manualmente en el Wizard, en la configuración general, especificar de forma local con las condiciones iniciales el cuadro de diálogo, o tomar los valores para ellos de un cálculo anterior.

Mallado Luego de la creación automática de dominio y algunos ajustes manuales, Flow Simulation

genera

automáticamente

una

malla

computacional.

Como alternativa, puede especificar los parámetros que rigen la malla computacional inicial La malla se denomina inicial, ya que puede ser posteriormente refinada en el cálculo. La malla se crea mediante la división del dominio computacional en rodajas, que se subdividen en celdas rectangulares. A continuación, las células de malla son refinados como sea necesario para resolver adecuadamente la geometría del modelo.

Resolver Flow Simulation discretiza las ecuaciones de Navier-Stokes dependientes del tiempo y los resuelve en la malla computacional. Bajo ciertas condiciones, para resolver la solución, Flow Simulation automáticamente refinará la malla computacional en el cálculo de flujo. Debido a que Flow Simulation resuelve los problemas de estado estacionario mediante la solución de ecuaciones dependientes del tiempo, Flow Simulation tiene que decidir cuándo una solución de estado estacionario se obtiene (es decir, la solución converge), por lo que el cálculo se puede detener. Flow Simulation ofrece alternativas diferentes de terminar el cálculo. Para obtener resultados que son altamente confiables desde el punto de vista de ingeniería, puede especificar algunos de los Objetivos de ingeniería, tales como presión, temperatura, fuerza, etc, en puntos específicos, y / o en superficies seleccionadas, y / o en los volúmenes seleccionados, y / o en el dominio computacional. Usted puede monitorear sus

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cambios en el cálculo y pedirle a Flow Simulation su uso como una condición de terminar el cálculo. Junto con los objetivos también puede utilizar otras condiciones de acabado. Durante el cálculo se puede ver los resultados preliminares en los planos seleccionados. También puede detener el cálculo en cualquier momento, y continuar el cálculo posteriormente.

Activar SolidWorks Flow Simulation Vaya al menú Herramientas / Complementos, active el complemento.

4.2 1

Análisis de flujo interno Abrir archivo Abra el archivo Valvula.sldasm (Si desea variar el ángulo de la palanca varíe u suprima la relación de posición Angulo1).

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2

Crear un nuevo Proyecto Vaya a la barra Flow Simulation y escoja Wizard.

Dé como nombre Proyecto1, presione Next.

3

Escoger un sistema de unidades Escoja SI como el sistema de unidades. Clic en Next.

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4

Tipo de análisis Escoja el tipo Internal, seleccione Exclude cavities without flow conditions, no selecione nada en Physical Features.

5

Tipo de fluido Abra Liquids, seleccione Water y de clic en el botón Add. Clic en Next.

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6

Condiciones de pared Deje la opción para condición térmica por defecto de pared en Adiabatic Wall y Roughness en 0.

7

Condiciones iniciales Clic en Next para aceptar las condiciones iniciales por defecto.

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8

Resultados y resolución de geometría Acepte el tamaño de malla por defecto (a mayor número la malla será más fina)

9

Ocultar el dominio computacional De clic derecho a Computational Domain y elija Hide.

10

Condiciones de Frontera

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Es necesario especificar una o más condiciones de frontera, las cuales pueden ser condiciones de Presión, Flujo de masa, Flujo volumétrico o Velocidad. De clic derecho a Boundary Conditions y elija Insert Boundary Condition…

De clic derecho a la tapa frontal Tapa1 y del menú elija la cara interna de la tapa, que está en contacto con el fluido.

En tipo escoja Flow Openings, elija Inlet Mass Flow y escriba un flujo de masa de 0.5kg/s. Acepte.

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11

Agregue otra condición de frontera Agregue otra condición de frontera seleccionando la cara interior de Tapa2, dando clic derecho y seleccionando Seleccionar otra

En Type seleccione Pressure Openings, seleccione Static Pressure, acepte el valor por defecto (Presión atmosferica).

12

Añadir Objetivos de Ingeniería Se añaden Objetivos de Ingeniería para que el programa se enfoque en obtener soluciones precisas de estos resultados, al momento de resolver las ecuaciones hasta que las soluciones converjan. De clic derecho a Goals y seleccione Insert Surface Goals…

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En la parte superior Active la pestaña Flow Simulation analysis tree y seleccione Inlet Mass Flow 1. En Parameter active Av para Static Pressure.

13

Obtener una solución Clic en el botón Run de la barra Flow Simulation

Clic en Run. Al terminar cierre la ventana del Solver.

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14

Ajustar la transparencia del modelo Clic en Flow Simulation, Results, Display, Transparency. Establezca el valor en 0.75 aproximadamente.

15

Insertar una gráfica de corte De clic derecho a Cut Plots, Insert…

Seleccione el plano de Planta, OK.

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16

Cambiar el valor a mostrar Puede cambiar el valor desplegando la lista bajo la gráfica y dando clic en OK.

17

Cambiar las opciones de gráfica De clic derecho a Cut Plot 1, seleccione Edit Definition…

Agregue Vectors, pude modificar la densidad de vectores con el slider.

18

Añadir gráficas de superficies.

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De clic derecho en la sobre Cut Plot 1 y elija Hide. De clic derecho en Surface Plots y elija Insert…

Active Use all faces, acepte. Si es necesario cambie el tipo de gráfica a Pressure.

19

Añadir gráficas Isosurface Una gráfica Isosurface muestra las superficies donde cierta variable toma cierto valor ajustable. De clic derecho a Isosurfaces, clic en Show. Oculte la gráfica Surface Plot 1 y de clic derecho en Results, escoja View Settings…

Arrastre el slider, de clic en la regla para agregar otro parámetro (Arrastre un slider hacia el extremo izquierdo o derecho para eliminarlo). Clic en OK.

Se muestra la gráfica. De esta manera se puede observar donde el fluido toma cierto valor en presión, velocidad, temperatura u otro parámetro.

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De clic derecho a Isosurfaces / Hide.

20

Añadir Trayectorias de fluido De clic derecho a Flow Trajectories / Insert…

Abra la pestaña Flow Simulation analysis tree, seleccione Inlet Mass Flow1, escriba 50 en Number of trajectories. Escoja Lines en Draw Trajectories as.

21

Animar las trayectorias

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De clic derecho a Flow trajectories 1 / Edit definition… Cambie Draw Trajectories as Arrows (Flat) y Cross size a 0.001m. De clic derecho a Flow trajectories 1 / Animate…

De clic al botón Play.

22

Guardar la animación De clic al botón Record y luego en Browse. La animación se guarda como Animation 1.avi. Clic en OK. Oculte Flow Trajectories 1.

23

Añadir una gráfica XY Clic derecho en XY Plots / Insert… Seleccione Croquis1 y active Pressure y Velocity en Parameters. Clic en OK.

Aparecen las gráficas de Velocidad, Presión y los datos numéricos en Excel. Los datos se grafican siguiendo la trayectoria del croquis.

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Valvula.sldasm [Proyecto1] Velocity (m/s)

2 1.5 1 Croquis1@Line1@L ine2@Line3_1

0.5 0 -0.5

0

0.1 0.2 Length (m)

0.3

Pressure (Pa)

Valvula.sldasm [Proyecto1] 103500 102500 Croquis1@Line1@L ine2@Line3_1

101500 100500 0

0.1

0.2

0.3

Length (m)

24

Parámetros de superficie. Se usan Parámetros de superficie para determinar el valor de parámetros como presión o temperatura en ciertas partes del modelo en contacto con el fluido. De clic derecho a Surface Parameters / Insert…

Seleccione Inlet Mass Flow 1 en Selection y en Parameters elija All. Clic en Evaluate.

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De aquí se puede obtener la caída de presión en la válvula 103.5 – 101.3 kPa = 2.2kPa Así como la velocidad de entrada 0.16 m/s. También puede exportar la tabla con el botón Excel.

4.3 25

Evaluar el impacto de las variantes de diseño Agregar una variante de diseño en el modelo Se va a modificar la geometría de una de las piezas para observar su influencia en el flujo de agua. Para ello se va a agregar un nuevo proyecto y se agregará una configuración a la pieza. Vaya a la pestaña Configuration Manager, de clic derecho a Valvula Configuraciones y escoja Agregar configuración…

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En nombre de configuración escriba Proyecto2. Acepte.

26

Agregar una configuración de pieza Abra la pieza Palanca.sldprt. Vaya a la pestaña Configuration Manager y agregue una configuración Redondeo.

27

Agregar un redondeo Agregue un redondeo de 2mm en la cara seleccionada.

28

Activar la configuración de pieza en el ensamble Salve la pieza, regrese al ensamble. De clic derecho a la pieza Palanca y seleccione Propiedades de componente.

Active la configuración Redondeo 2mm y acepte.

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119

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29

Clonar un proyecto Active el Proyecto1 dando doble clic en su nombre dentro del Configuration Manager. De Sí a los mensajes que aparecen.

Vaya a la pestaña Flow Simulation analysis tree y de clic derecho al Proyecto1, elija Clone Project…

Seleccione Add to existing y en Existing configuration seleccione el Proyecto2. OK.

30

Resolver el proyecto En la barra Flow Simulation de clic en Run.

31

Evaluar la nueva caída de presión

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Use Surface parameters para hallar la nueva presión de entrada. La caída de presión será: 102.6 – 101.3 kPa = 1.3kPa (menor que la anterior)

32

Analizar una variante de diseño en Flow Simulation Active el Proyecto1. Clone el Proyecto1 dando como nombre Proyecto3

33

Modificar el caudal de entrada De clic derecho a Inlet Mass Flow 1 / Edit Definition…

Cambie el caudal de 0.5 a 0.75kg/s

34

Resolver el proyecto En la barra Flow Simulation de clic en Run.

35

Evaluar la nueva caída de presión Use Surface parameters para hallar la nueva presión de entrada. La caída de presión será: 104.2 – 101.3 kPa = 2.9kPa (mayor que la anterior)

36

Salve su trabajo

4.4 Análisis de un intercambiador de calor 1 Introducción En este ejemplo se analizará un intercambiador de calor. Se analizará las temperaturas y los patrones de fluido. Un tema importante es el cálculo de la efectividad del intercambiador, la cual se puede definir como:

(1)

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Para calcular la máxima transferencia de calor se debe encontrar cual es el fluido que presenta menor valor de: ̇ (2) Donde ̇ es el flujo de masa y es el calor específico del fluido. El fluido con el menor valor de C es considerado el fluido mínimo. En general una manera de expresar la efectividad es:

(3)

2

Abrir archivo Abra el archivo Intercambiador.sldasm. Se creará un proyecto que tenga las características de presión y temperatura de la figura. Se desea conocer las temperaturas de las salidas.

Aire tibio p = 1 atm Agua fría T = 293.2K 0.02Kg/s

Agua tibia p = 2 atm

Aire caliente v = 10m/s T = 600K

3

Crear un proyecto De clic en el botón Wizard de la barra Flow Simulation. Escriba como nombre Proyecto1 y unidades SI.

4

Tipo de análisis El tipo de análisis es Internal, active Heat conduction in solids. De esta manera se está habilitando la conducción de calor en sólidos, lo cual servirá para que exista

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transferencia de calor entre los fluidos a través de las paredes de los tubos. Clic en Next.

5

Añadir los fluidos Expanda Liquids y añada Water, expanda también Gases y añada Air. Asegúrese que Water esté marcado como el fluido por defecto. Clic en Next.

6

Añadir el sólido por defecto Abra Alloys y seleccione Steel Stainless 321. Si desea agregar un material proveniente de las piezas del ensamble puede abrir Solids in the model y seleccionarlo.

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7

Añadir condiciones de pared En Default outer Wall termal condition seleccione Heat transfer coefficient y en Heat transfer coefficient escriba 5 W/m^2/K. De esta manera se permite la transferencia de calor entre las paredes del intercambiador y el aire exterior.

8

Condiciones iniciales En Pressure escriba 2 atm. Clic en Next

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9

Tamaño de malla Acepte los valores por defecto y de clic en Finish.

4.5 10

Usar simetría como condición de frontera Agregar una condición de simetría Debido a que el ensamble es simétrico se puede ahorrar tiempo en el cálculo si se usa la simetría como condición de frontera. Clic derecho sobre Computational Domain / Edit Definition…

En Xmax escriba 0, vaya a la pestaña Boundary Condition y en Xmax escoja Symmetry. Clic en Aceptar. Oculte el Dominio Computacional.

11

Especificando un subdominio de fluido El fluido por defecto (Agua) se aplica a todo el dominio computacional, para especificar un fluido diferente en ciertas partes del dominio se debe especificar un subdominio. Clic derecho en Fluid Subdomains / Insert Fluid Subdomain…

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Seleccione la cara interna de la Tapa1, en Fluid type seleccione Gases / Real Gases / Steam y active Air(Gases).

Ahora para las condiciones iniciales escriba -10 en Vz, 1atm en P y 600K en T. Acepte.

12

Cambiar de nombre al subdominio De dos clics sobre Fluid Subdomain 1 y escriba Aire caliente como nombre.

4.6

Condiciones de frontera de Flujo de masa, presión, temperatura y velocidad.

13

Agregar una condición de frontera de flujo de masa Clic derecho a Boundary Conditions / Insert Boundary Condition… Seleccione la cara interna de Tapa3. En Type elija Inlet Mass Flow. Escriba 0.01 en Mass Flow Rate Normal to Face (es la mitad del 0.02Kg/s inicial ya que se está trabajando con simetría) y 293.2 en Temperature.

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Renombre la condición de frontera Inlet Mass Flow 1 a Flujo de Agua fría.

14

Agregar una condición de frontera de presión Clic derecho a Boundary Conditions / Insert Boundary Condition… Seleccione la cara interna de Tapa3. En Type elija Pressure Openings / Static Pressure, escriba 2atm en P y 293.2 en T.

Renombre la condición de frontera Inlet Mass Flow 1 a Flujo de Agua tibia.

15

Agregar una condición de frontera de velocidad Clic derecho a Boundary Conditions / Insert Boundary Condition… Seleccione la cara interna de Tapa1. En Type elija Flow Openings / Inlet Velocity. Escriba 10 en V, 1atm en P y 600k en T.

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Renombre la condición de frontera a Velocidad aire caliente.

16

Agregar una condición de frontera de presión Clic derecho a Boundary Conditions / Insert Boundary Condition… Seleccione la cara interna de Tapa2. En Type elija Pressure Openings / Static Pressure, escriba 2atm en P y 293.2 en T.

Renombre esta condición de frontera a Presion aire tibio.

4.7 17

Especificar aisladores térmicos Aplicar un material sólido Todos los sólidos del ensamble tienen el material por defecto especificado en el Wizard. Se va a especificar un material diferente para las tapas porque se desea que se comporten como aisladores térmicos. Clic derecho sobre Solid Materials / Insert Solid Material…

Seleccione las 4 tapas en Selection y en Solid escoja Pre-Defined / Glasses and Minerals / Insulator.

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18

Especificando un Objetivo de Volumen De clic derecho a Goals / Insert Volume Goals… Seleccione la pieza Intercambiador y active Temperature of Solid en Av (Promedio).

19

Correr la simulación De clic en la barra Flow Simulation / Run. Clic en Run.

20

Ver los objetivos Clic derecho a Goals / Insert…

Active VG Av Temperature of Solid 1 y acepte. SolidWorks 2012 Nivel III

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De doble clic a Goals Plot 1, aparece la tabla:

De aquí se puede extraer la temperatura promedio del intercambiador.

21

Insertar una vista de corte Clic derecho a Cut Plots / Insert… Seleccione el plano Vista Lateral y active Contours y Vectors.

4.8 22

Visualizar las trayectorias del fluido Insertar trayectorias del fluido Ajuste la transparencia a 0.75, cambie el Estilo de Visualización a Sombreado e Inserte Trayectorias con los siguientes datos:

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Seleccione Flujo de agua fría y escriba 300 en Number of trajectories. La gráfica es del tipo Lines.

23

Encontrar las temperaturas en las salidas De clic derecho a Surface Parameters / Insert… Seleccione Agua tibia, active Consider entire model y en Parameters active All. De clic en Evaluate.

De aquí la temperatura de salida de agua es 354K (subió ~60° respecto a la entrada). SolidWorks 2012 Nivel III

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Ahora seleccione Presion aire tibio y de clic en Evaluate

La temperatura de salida del aire es 369K (bajó ~230°).

El flujo de masa de aire es de 0.029Kg/s. Acepte Surface Parameters.

4.9 24

Cálculo de la efectividad del intercambiador Fluido mínimo De acuerdo a pasos anteriores el agua tiene un flujo de masa de 0.02kg/s y el aire 0.029kg/s. Pero el agua tiene un calor específico de 4 veces el del aire, de modo que de acuerdo a la ecuación (2) el fluido mínimo es el aire.

25

Efectividad Usando la ecuación (3) y los datos de temperaturas en los pasos anteriores:

4.10 Análisis de un impulsor centrífugo 1 Abrir archivo Abra el archivo Impulsor Centrífugo. Se desea analizar este ensamble haciendo ingresar un caudal determinado por la entrada axial vertical, el cual será impulsado hacia la salida rectangular que está libre al medio ambiente.

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Q = 0.3 m3/s

P = 1atm

 = 2000 RPM

Se calculará la eficiencia del impulsor, definida por:

Donde: y

son las presiones de entrada y salida,

velocidad angular del impulsor y

2

es el caudal,

es la

es el Torque.

Definir un proyecto Usando el Wizard defina un proyecto con las siguientes características: Nombre del proyecto

Impulsor

Sistema de unidades

SI

Tipo de análisis

Internal; Exclude cavities without flow conditions

Características físicas

Rotation: Type Global rotating, Rotation axis – Y, Angular velocity = 2000RPM

3

Fluido por defecto

Air

Condiciones de pared

Adiabatic wall, default smooth walls

Condiciones iniciales

Default conditions

Resolución de

Resolution = 4, Minimum gap size = 0.04m,

geometría

minimum wall thickness = 0.01m.

Condición de entrada de flujo de volumen Especifique una condición de entrada del tipo Inlet Volume Flow, seleccionando la cara interna de Tapa2, con un valor de 0.3m^3.

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4

Condición de salida de presión Especifique una condición de entrada del tipo Environment Pressure, seleccionando la cara interna de Tapa1, con los valores por defecto.

5

Especificar paredes estacionarias Al haber especificado Global rotating en el Wizard todas las paredes del estudio rotarán con la velocidad especificada, por ello es necesario indicar las paredes que permanecerán estacionarias. Para ello Inserte una condición de frontera, seleccione el componente Carcaza:

Active el botón Filter faces y active las opciones Remove outer faces y Keep outer faces and faces in contact with fluid. Clic en Filter. Active Wall y Stator.

6

Desactivar un componente El componente Medicion solo servirá para medir la presión a la salida del impulsor, por ello hay que desactivarlo de la simulación de fluidos. Entre al menú Flow Simulation / Component Control… Clic en Medicion y Disable.

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7

Añadir objetivos Añada los siguientes objetivos (Goals)  Tipo Surface Goal, medir Av Static Pressure, seleccionar la cara interna de Tapa2.  Tipo Surface Goal, medir Bulk Av Static Pressure, seleccionar la cara cilíndrica interna de Medicion.  Tipo Surface Goal, medir Y - Component of Torque, seleccionar las caras de Impulsor en contacto con el fluido (Para la selección de caras siga el procedimiento del paso 5, seleccionando Impulsor en vez de Carcaza)

8

Renombrar objetivos Renombre los objetivos como se indica

9

Añadir ecuaciones Clic en Flow Simulation / Insert…/ Equation Goal…

En Expression ingrese {Presion de entrada}-{Presion de salida}. Para ello selecciónelos desde el tree de Flow Simulation. Acepte y renombre la ecuación como Caida de presion.

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Añada otra ecuación llamada Eficiencia con la expresión: {Caida de presion}*{Inlet Volume Flow 1:Volume flow rate normal to face:3.000e001}/209.44/{Torque en impulsor}*(-1) Para Volume flow rate… seleccione Inlet Volume Flow 1 desde el tree y en la ventana seleccione Volume flow rate normal to face en la Lista de parámetros.

10

Correr la simulación Ejecute la simulación.

11

Insertar una vista de corte Inserte una vista de corte con el Plano Planta, activando Contours y Vectors, puede usar el botón View Settings, pestañas Contours y Vectors para cambiar el número de colores y tamaño de vectores respectivamente.

12

Mostrar objetivos Inserte la respuesta de Objetivos (Goals), activando todos los parámetros.

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De aquí la eficiencia es 63.5%.

13

Guarde su trabajo.

4.11 Ejercicios Ejercicio 1 1

Abrir archivo y crear proyecto. Abra el archivo Valvula de no retorno.sldasm. Cree un proyecto con las siguientes características: Nombre del proyecto

Caida de presion

Sistema de unidades

SI

Tipo de análisis

Internal; Exclude cavities without flow conditions

Fluido por defecto

Agua

Condiciones de pared

Adiabatic wall, default smooth walls

Condiciones iniciales

Default conditions

Resolución de

Resolution = 3.

geometría

2

Agregar condiciones de frontera Agregue una condición de entrada: Nombre de condición

Inlet Mass Flow 1

Selección

Cara interna de Tapa1

Tipo

Flow openings / Inlet mass flow

Mass flow rate normal to face

1kg/s

Una condición de salida:

3

Nombre de condición

Environment Pressure 1

Selección

Cara interna de Tapa2

Tipo

Pressure openings / Environment pressure

Otras opciones

Por defecto

Agregar objetivos

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Nombre del objetivo

SG Bulk Av Static Pressure 1

Selección

Cara interna de Tapa1

Parameter

Static Pressure / Bulk Average

Una ecuación: Nombre del objetivo

Equation Goal 1

Expression

{SG

Bulk

Av

{Environment

Static

Pressure

Pressure

1}-

1:Environment

pressure:1.013e+05}

4

Corra la simulación

5

Añadir gráficas Añada gráficas Tipo Cut Plot (plano Alzado, mostrando Contours y Vectors) y luego muestre las trayectorias, anime y guarde como video.

6

Mostrar objetivos Muestre el objetivo que calcula la caída de presión.

7

Variantes de diseño Clone el proyecto y cree nuevas configuraciones variando la relación de posición Distancia1 y el Flujo de masa para obtener las caídas de presión (en Pa y Averaged value) en los casos siguientes (El primero ya está resuelto). Flujo de masa (kg/s) 1 Relación de posición Distancia1 (mm)

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5

914.08

0

138

2

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Ejercicio 2 1

Abrir archivo Abra el archivo Ventilador centrífugo.sldasm.

2

Crear un proyecto Conforme al ejemplo Análisis de un Regulador Centrífugo cree un proyecto para calcular la eficiencia del impulsor (Debe incluir Goals y ecuaciones). Use la siguiente información: P = 1atm

 = 2800 RPM

Aire Q = 0.8 m^3/s

3

Añada gráficas de presión y trayectorias

4

Calcular la eficiencia Muestre la eficiencia del ventilador.

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Ejercicio 3 1

Abrir archivo Abra el archivo Intercambiador cruzado.sldasm.

2

Crear un proyecto Cree un proyecto para calcular la efectividad del intercambiador, use la siguiente información (use Steel Stainless 321 para Solids): Agua fría T = 293.2K 0.02Kg/s

Aire tibio p = 1 atm

Agua tibia p = 2 atm

Aire caliente v = 10m/s T = 600K

3

Añada gráficas de presión y trayectorias

4

Calcular la efectividad Calcule la efectividad del intercambiador.

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