Spring- Spring 1-1 - Nota: 10 PDF

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Facultad de IngenieríaSimulación de resorteFecha: Diseñador: Nombre de estudio: SPRING 1####### Tipo de análisis: Análisis estáticoTabla de contenidosDescripción........................................... Información de modelo............................. Propiedades de estudio.........................

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Laboratorio Diseño Labor atorio de D iseño mecánico ll Facultad de Ingeniería

Simulación de resorte Fecha: Diseñador: Nombre de estudio: SPRING 1 Tipo de análisis: Análisis estático

Tabla de contenidos Descripción...........................................1 Información de modelo.............................2 Propiedades de estudio............................3 Unidades.............................................3 Propiedades de material...........................4 Información de malla...............................5 Fuerzas resultantes.................................6 Resultados del estudio.............................7 Solución a mano.....................................8 Conclusión............................................9

Descripción En esta experiencia de laboratorio se realizó un análisis estático de un resorte fabricado en acero aleado en donde se pudo observar su desplazamiento y deformación al ser sometido a una carga a compresión de 0.1 N.

Analizado con SOLIDWORKS Simulation

Simulación de spring

1

Información de modelo

Nombre del modelo: spring Configuración actual: Default

Sólidos Nombre de documento y referencia Extrude4

Tratado como

Sólido

Analizado con SOLIDWORKS Simulation

Propiedades volumétricas Masa:0.0208251 kg Volumen:2.70455e-06 m^3 Densidad:7700 kg/m^3 Peso:0.204086 N

Ruta al documento/Fecha de modificación D:\ASUS\ESCRITORIO\DISE ÑO\LAB\Laboratorio 7\Lab 7\7-1\Spring Compressive Spring Stiffness\spring.SLDPRT Oct 11 14:58:10 2011

Simulación de spring

2

Propiedades de estudio Nombre de estudio

SPRING 1

Tipo de análisis Tipo de malla

Análisis estático Malla sólida

Efecto térmico: Opción térmica

Activar Incluir cargas térmicas

Temperatura a tensión cero Incluir los efectos de la presión de fluidos desde SOLIDWORKS Flow Simulation Tipo de solver

298 Kelvin

Efecto de rigidización por tensión (Inplane): Muelle blando:

Desactivar Desactivar

Desahogo inercial: Opciones de unión rígida incompatibles

Desactivar Automático

Gran desplazamiento Calcular fuerzas de cuerpo libre

Desactivar Activar

Fricción

Desactivar

Utilizar método adaptativo: Carpeta de resultados

Desactivar Documento de SOLIDWORKS (D:\ASUS\ESCRITORIO\DISEÑO\LAB\Laboratorio 7\Lab 7\7-1\Spring - Compressive Spring Stiffness)

Desactivar FFEPlus

Unidades Sistema de unidades:

Métrico (MKS)

Longitud/Desplazamiento Temperatura

mm Kelvin

Velocidad angular Presión/Tensión

Rad/seg N/m^2

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Simulación de spring

3

Propiedades de material Referencia de modelo

Propiedades Nombre: Tipo de modelo:

Acero aleado Isotrópico elástico lineal Criterio de error Tensión de von Mises predeterminado: máx. Límite elástico: 6.20422e+08 N/m^2 Límite de tracción: 7.23826e+08 N/m^2 Módulo elástico: 2.1e+11 N/m^2 Coeficiente de 0.28 Poisson: Densidad: 7700 kg/m^3 Módulo cortante: 7.9e+10 N/m^2 Coeficiente de 1.3e-05 /Kelvin dilatación térmica:

Componentes Sólido 1(Extrude4)(spring)

Datos de curva:N/A

Analizado con SOLIDWORKS Simulation

Simulación de spring

4

Información de malla

Analizado con SOLIDWORKS Simulation

Simulación de spring

5

Información de malla - Detalles Núme Núme Cocie % de % de % de Tiem Nomb

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Simulación de spring

6

Fuerzas resultantes Fuerzas de reacción Conjunto de selecciones

Unidades

Sum X

Todo el modelo

N

-2.07431e-05

Sum Y

Sum Z

Resultante

-2.66567e-05

-0.100015

0.100015

Sum Y

Sum Z

Resultante

0

0

0

Momentos de reacción Conjunto de selecciones

Unidades

Sum X

Todo el modelo

N.m

0

Analizado con SOLIDWORKS Simulation

Simulación de spring

7

Resultados del estudio Nombre

Tipo

Mín.

Máx.

Tensiones1

VON: Tensión de von Mises

8.079e+00 N/m^2 Nodo: 64505

9.101e+06 N/m^2 Nodo: 12875

spring-SPRING 1-Tensiones-Tensiones1

Nombre

Tipo

Mín.

Máx.

Desplazamientos1

URES: Desplazamientos resultantes

0.000e+00 mm Nodo: 56

4.278e-01 mm Nodo: 14248

spring-SPRING 1-Desplazamientos-Desplazamientos1

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Simulación de spring

8

Nombre

Tipo

Mín.

Máx.

Deformaciones unitarias1

ESTRN: Deformación unitaria equivalente

3.839e-11 Elemento: 60322

3.294e-05 Elemento: 16839

spring-SPRING 1-Deformaciones unitarias-Deformaciones unitarias1

Solución a mano  F =kx k=

0.1 N 1000 mm =233.75 N /m 0.4278 mm 1 m

Para hallar la rigidez que tiene este resorte al ser sometido a esta carga axial, se tiene que:

k axial =

G d4 8 n D3

Donde: G es el módulo de corte del material, que en este caso es acero aleado y es 7.9x1010 Pa. d es el diámetro del alambre, el cual es de 1 mm. D es el diámetro del resorte, el cual es de 17 mm. n es el numero de espiras activas del resorte y es 8.75. Reemplazando se tiene que:

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Simulación de spring

9

G d 4 ( 7.9 x 10 Pa) ( 1mm ) =230 N /m = k axial = 3 8 n D3 8 ( 8.75) (17 mm ) 10

4

El resultado de la constante de rigidez del resorte obtenido en la simulación tiene el siguiente error, asumiendo que el valor real es el calculado con la formula y el experimental es obtenido gracias a la deformación obtenida en la simulación.

Errorrelativo =

|X experimental− X real| ×100=|233.75 N /m−230 N /m| X real

230 N /m

× 100

Errorrelativo =1.63 %

Conclusión De acuerdo a los resultados obtenidos mediante el análisis estático se pueden llegar a la siguiente conclusión basándose en las simulaciones: 



Entre mas fina sea la malla que usemos para realizar la simulación el resultado obtenido en esta se acercará aún mas al real, pero para lograr esto se debe contar con una buena cantidad de recursos computacionales, por ello el error relativo en calculado entre el valor de la simulación con el calculado con la formula fue pequeño y puede serlo aún más si se cuenta con una gran cantidad de recursos computacionales y hacer la malla aún mas fina. Aunque un resorte aparente ser un elemento sencillo, para el programa es un elemento con geometría compleja, es por ello que se recomienda cuando esté hace parte de un ensamblaje reemplazarlo usando la herramienta del toolbox de Simulation, para así obtener una simulación rápida y con resultados cercanos a la realidad.

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Simulación de spring

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