Análisis de viga cantilever

Modelado y análisis de una viga cantilever

1. ANA LISIS DE
UNA VIGA
CANTILE VER
ESCAMILLA ARAGON ALEXIS ORLANDO
ING. MECANICA
CATEDRATICO: ING. ABELINO REYES PABLO

INSTITUTO
TECNOLOGICO DE
OAXACA

2. Introducción
En este trabajo se realizó el análisis estático a una viga cantiléver de perfil
cuadrado, el análisis se desarrolla utilizando la teoría de elementos finitos
apoyándose en el software NX 10, donde a través de este software se simulara los
fenómenos de deformación y el esfuerzo del criterio de falla de von mises para
diferentes tipos de material.

Para realizar un buen análisis de las piezas se van a utilizar 3 tipos de materiales
para seleccionar el más factible y así el ingeniero utilizar el mejor material para su
elaboración.
Se realizara el análisis de dicho elemento con una fuerza constante en el extremo
libre, y vamos a observar el comportamiento de estos tres diferentes materiales,
con lo cual vamos a obtener un conocimiento del comportamiento de la geometría,
el comportamiento de los materiales sometidos a dicho esfuerzo.

3. Objetivo

Analizar una viga en cantiléver sometida a una fuerza en el extremo libre con
distintos tipos de materiales, en el software NX.


OBJETIVOS ESPECÍFICOS :

- Diseñar piezas en el software NX 10
- Simular las piezas en el software NX 10
- Calcular el factor de seguridad de la pieza.
- Comparar los diferentes materiales propuestos.

4. Desarrollo
En esta viga en cantiléver sometida a una fuerza de 1000N en el extremos libre,
se realizó un análisis de la deformación máxima y el esfuerzo de von mises, con
tres distintos materiales los cuales se especifican en la siguiente tabla, con una
malla de ctetra 10, tamaño del 5 mm

Fig. 1. Viga en cantiléver

Tabla 1. Propiedades de los materiales.
Con una presión de 1000 N
MATERIAL
Densidad del
material

Módulo de
Young
E
Razón
de
poisson
Resistencia
ultima a la
fluencia
??????
�??????
kg/mm^3 MPa MPa
Aluminio 2014

2.794e-6

73119 0.33 441.5
AISI 310 SS 7.92781e-006 193140 0.3 520
Iron Cast G25 7.15e-006 90000 0.3 260
Nota:
Se tomó las propiedades de los materiales a 20°C
Malla de ctetra 10, Tamaño del elemento 5 mm

5. Se modela la pieza, en este caso la viga mide 24.5 x 24.5mm, con una longitud de
254mm

Fig. 2. Modelado de la viga

Teniendo el modelo de la pieza, Ahora se realizara el análisis de elementos finitos.
Al crear un documento de simulación, se siguen los siguientes pasos:
File, advanced, new fem and simulation , se selecciona los parámetros que
necesita y aceptas. Esto te abrirá tres documentos .prt, .fem, .sim.
En él .fem se selecciona el tipo de malla, el tamaño del elemento (3D tetrahedral),
y el tipo de material (propieties, more, assingn materials).
En él .sim se seleccionan las restricciones del elemento (constraint type), así como
el tipo de carga (load type).
Después de esto se prosigue a resolver el problema.

Fig. 3. Viga con malla, fuerza y restricción.

6. Aluminio 2014 .
Von Mises

Fig. 4. Esfuerzo de Von Mises del aluminio 2014
Desplazamiento.

Fig. 5. Desplazamiento Max del aluminio 2014

7. AISI 310 SS .
Von Mises

Fig. 6. Esfuerzo de Von Mises del AISI 310 SS

Desplazamiento.

Fig. 7. Desplazamiento Max del AISI 310 SS

8. Iron Cast G25 .
Von Mises

Fig. 8. Esfuerzo de Von Mises del Iron Cast G25


Desplazamiento.

Fig. 9. Desplazamiento Max del Iron Cast G25

9. Se realizaran los cálculos para la deformación máxima y el factor de seguridad
para los 3 tipos de materiales.

Deformación máxima y Factor de seguridad
 para Aluminio 2014
??????
??????��
=
�????????????
�
??????�??????
�
=
4(1000 �)(254????????????)
3
73119
�
????????????
2
(25.4)(25.4????????????)
3
=�.�� ????????????
??????=
??????
�
??????´
=
441.5 �????????????
88.157 �????????????
= �.�

 para AISI 310 SS
??????
??????��
=
�????????????
�
??????�??????
�
=
4(1000 �)(254????????????)
3
193140
�
????????????
2
(25.4)(25.4????????????)
3
=�.�� ????????????
??????=
??????
�
??????´
=
520 �????????????
88.63 �????????????
= �.�

 para Iron Cast G25
??????
??????��
=
�????????????
�
??????�??????
�
=
4(1000 �)(254????????????)
3
90000
�
????????????
2
(25.4)(25.4????????????)
3
=�.��????????????
??????=
??????
�
??????´
=
260 �????????????
88.63 �????????????
= �.�

10. Tabla 2. Tabla comparativa
Con una carga de 1000 N
Malla Material
Módulo
de Young

E
Resistencia
ultima a la
fluencia
??????
�??????
Calculo en NX
Calculo
analítico
Factor de
seguridad
Deformación
??????
Von mises
??????´
Deformación
??????
MPa MPa mm MPa mm
Ctetra

10
Aluminio
2014
73119 441.5 2.158mm 88.157 2.15 5.0
AISI 310 SS 193140 520 0.818mm 88.63 0.81 5.8
Iron Cast
G25
90000 260 1.756mm 88.63 1.74 2.9

11. Conclusión
Al comparar como se comportan los diferentes tipos de material se observa que
los factores de seguridad son elevados, esto quiere decir que los materiales
soportan muy bien la carga, así como también se recomiendo el material “Iron
Cast G25” para la fabricación de la viga ya que soporta muy bien la carga y es el
menos costoso de los tres materiales.
Observando que el factor de seguridad es elevado, esto nos permite reducir la
sección transversal de la viga.