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• Jose Luis Escobar

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ANÁLISIS EN ANSYS DE UNA ESTRUCTURA METALICA UNIVERSIDAD LIBRE DE COLOMBIA ELEMENTOS FINITOS JUAN DAVID BENAVIDES BENAVIDES, JOSE LUIS ESCOBAR ZABALETA SIMULACION DE UNA ESTRUCTURA METALICA. PARTE 1 (FORCE, STRESS, STRAIN ) II. Descripcion del problema. Material de la estructura: Steel ASTM A53. Diametro escogido= 40 [mm] = 0.04 [m] Area= 1.25e-3 [m^2] Propiedades del acero ASTM A53.

Propiedades a utilizar de las tablas. Modulo de elasticidad=209e9 [Pa] Poisson`s ratio=0.29

σ yield= 240 [Mpa] σ tensile= 414 [Mpa]

(Esfuerzo de fluencia) ( Esfuerzo de ruptura)

III.Analisis de elementos finitos. Capturas de pantalla del paso a paso de ANSYS (preprocessor). Seleccionamos el tipo de elemento (LINK 180) , ingresamos el area transversal, modulo de young y coeficiente de Poisson.

Luego de introducir los parametros anteriores el siguiente paso es crear nuestra estructura ubicando los “KEYPOINT” y luego uniendolos con “LINES”.

Para poder enmallar una linea primero controlamos el tamaño del enmallado en nuestro caso es 1 ya que si le damos un valor mas grande va a ocurrir problemas. Luego vamos a “MESH” seleccionamos todas las lineas que vamos a enmallar con “Pick All” y queda enmallada nuestra estructura. Aplicando restricciones, cargas y resolviendo.

Por ultimo se aplican las restricciones y las cargas en los “KEYPOINT”.

Pasamos a simular nuestra estructura en “Solve” y estamos listos para ver los esfuerzos, fuerzas y desplazamientos de cada elemento en nuestro caso son 18.

IV Resultados.

En el elemento 1 se aplico el max.esfuerzo de tension y en el elemento 5 el max.esfuerzo de compresion. Tambien las fuerzas y desplazamientos en estos elementos son los max.

σ max.esfuerzo de tension = 43.3 [MPa] > σ max.esfuerzo de compresion = 39.9 [MPa] σ max.esfuerzo de tension = 43.3 [MPa] < σ yield = 240 [Mpa]

V. Conclusion. – – – –

Elementos de colores verdes y azules se encuentran a compresion y elementos de colores amarillos, naranjas y rojos se encuentran a tension. El elemnto No° 5 soporta el max.esfuerzo de compresion y el elemento No°1 el max.esfuerzo de tension. El max.esfuerzo de tension y compresion son menores que el esfuerzo de fluencia del material, por tanto ningun elemento se deforma plasticamente. El diametro seleccionado para nuestros elementos fue ideal puesto que no se deformo plasticamente.

Bibliografia. (1) https://www.gerdau.com/gerdaucorsa/es/productsservices/products/Document %20Gallery/eleccion-tipo-de-acero.pdf (2) http://www.efunda.com/materials/alloys/alloy_home/steels_properties.cfm

SIMULACION DE UNA ESTRUCTURA METALICA. PARTE 2 (4 MATERIALES DIFERENTES Y F.S.=14.5 ) II. Descripcion del problema. Se debe diseñar una estructura donde el max.esfuerzo de tension o compresion debe ser 14.5 veces menor que el esfuerzo real que puede soportar nuestro elemento. Para diseñar nuestra estructura usamos el esfuerzo de fluencia ( de 14.5 y con eso hayamos nuestro esfuerzo admisible (

σyield) del material, un F.S.

σad).

σad=σyield/ F.S. σ

Luego con la fuerza (Max. fuerza) y el esfuerzo admisible obtenido ( ad) , hallamos el area de nuestro elemento , que seria un dato a ingresar en Ansys junto con el coeficiente de coeficiente de poisson y el modulo de elasticidad del material. En nuestro caso usaremos 4 materiales. Area=F /

σad

Material

σyield[Pa] σad[Pa]

F [N]

Area [m^2]

Modulo de Poisson elasticidad

A53(grade B)

240.0e6

16.55e6

54167

3.27e-3

209.0e9

0.29

Aluminio

276.0e6

19.03e6

54167

2.84e-3

68.90e9

0.33

A36 Steel

250.0e6

17.24e6

54167

3.14e-3

200.0e9

0.26

A588 Steel

317.0e6

21.86e6

54167

2.48e-3

205.0e9

0.28

III.Analisis de elementos finitos. El tipo de elemento, la construccion de nuestra estructura, el enmallado, la aplicación de las fuerzas y restricciones son las mismas de la parte 1. El area transversal, modulo de elasticidad, relacion de Poisson depende del material a simular.

IV. Resultados. Simulacion acero ASTM A53

Simulacion Aluminio.

Simulacion de ASTM A36.

Simulacion ASTM A588

V. Conclusiones. – El acero ASTM A588 tiene el esfuerzo admisible mas grande es decir soporta esfuerzos mas elevados que los demas aceros , tambien es considerado un acero estructural y resistente a la corrosion por tanto es el elegido entre los 4 materiales que se simularon. – En todas las simulaciones los elementos que soportaron el max.esfuerzo de tension y compresion fueron respectivamente el 1 y el 5. – Como era de esperarse en todas las simulaciones el max.esfuerzo es 14.5 veces menor que el esfuerzo real de fluencia soportado por cada material.