MANUAL ESTRUCTURA HOWE

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ESTRUCTURA SOMETIDA 
A LA 
TÉCNICA FEA
ABRIL 2022
UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS
(Universidad del Perú, DECANA DE AMÉRICA)
Facultad de Ingeniería Industrial
Escuela Académica Profesional de Ingeniería Industrial
ESTRUCTURA SOMETIDA A LA
TÉCNICA FEA
CURSO: Diseño Industrial
DOCENTE: Oswaldo Rojas Lazo
INTEGRANTES:
● Alcántara Rementeria, Jhasmin Isabel
● Amaya Cabrera, Miley Araceli
● Jiménez acosta, María Fiorella
● Mundaca Hernández, Anne Geraldine
● Valenzuela Nazario, Frank Enrique
SECCIÓN: 1
Lima, 11 de abril del 2022
DISEÑO INDUSTRIAL
CONTENIDO
DATOS DEL EJERCICIO 4
OBJETIVOS DEL EJERCICIO 4
ETAPAS 6
PROCEDIMIENTO DE CONSTRUCCIÓN 7
ETAPA 1: CREAR EL ESQUELETO DEL TIJERAL EN MILÍMETROS 7
ETAPA 2: CREAR LA ESTRUCTURA METÁLICA MEDIANTE EL USO DE
PERFILES ‘I’ 10
ETAPA 3: CREAR EL SOPORTE DEL TIJERAL DE PERFIL ‘I’ EN PULGADAS 18
ETAPA 4: ENSAMBLAR LA ESTRUCTURA CON EL SOPORTE 22
ETAPA 5: ENSAMBLAR PLACA DE SOSTÉN A LA ESTRUCTURA 25
ETAPA 6: APLICAR LA TÉCNICA FEA A LA ESTRUCTURA 26
INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS 56
PLANO DE ENSAMBLE DE LA ESTRUCTURA 57
PLANO DE EXPLOSIÓN DE LA ESTRUCTURA 57
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 58
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DISEÑO INDUSTRIAL
ESTRUCTURA SOMETIDA A LA TÉCNICA FEA
El análisis por elementos finitos, es una técnica muy importante y es usada en el
diseño y mejora de productos y aplicaciones industriales, así como en la
simulación de sistemas físicos y biológicos complejos. La terminología “elementos
finitos” se debe a que la geometría de la estructura se divide en partes más
pequeñas; y estas divisiones hacen que el problema se vuelva más específico y
permite que la computadora lo resuelva con más exactitud. Así, lo que se
pretende lograr con este método es analizar un elemento estructural a una escala
menor a lo convencional para así identificar áreas de posibles concentraciones de
esfuerzos, deformaciones o fatiga que permite la discretización de elementos
finitos con comportamientos y propiedades definidas. Los elementos finitos están
conectados entre sí por nodos; mientras que el conjunto de todos los nodos se
conoce como malla. La precisión de este método de análisis depende de la
cantidad de nodos y elementos, del tamaño y los tipos de elementos por malla.
Por esto mismo, entre más divisiones tenga, más precisos serán los resultados.
De este modo para el presente informe emplearemos esta técnica aplicada a una
estructura de tijeral mediante el software Inventor, y así poder determinar los
esfuerzos, deformaciones, y demás diagnósticos físicos estructurales.
A continuación se presenta la estructura a realizar utilizando la técnica FEA:
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DISEÑO INDUSTRIAL
● DATOS DEL EJERCICIO
○ Se utilizarán perfiles ‘L’ de
dimensiones 2x2x1/4 in.
○ Luz 4 metros, altura 1.5 metros..
○ Soporte de perfil I ANSI
ASTM A6/A6M
● DATOS DE LA CARGA Y POSICIÓN DE ESTA:
La carga que se utilizará es de 2 tn
Es decir Carga = 2000 N
La carga se ubicará en el centro de la cara inferior de la estructura metálica
● OBJETIVOS DEL EJERCICIO
COMANDOS ICONOS FUNCIÓN
Stress Analysis
Activa el entorno para los
estudios paramétricos con
el fin de determinar el
impacto de las variables
geométricas en el diseño.
Create Simulation
Muestra el cuadro de
diálogo en el que se define
la simulación( nombre,
objetivo del diseño, tipo de
parámetros y estado de
modelo).
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DISEÑO INDUSTRIAL
Assign
Muestra el cuadro de
diálogo Asignar materiales,
en el que se definen los
materiales para anular la
definición de material
original.
Fixed
Muestra el cuadro de
diálogo restricción fija ( se
selecciona la geometría y se
define la restricción.
Force
Muestra el cuadro de
diálogo Fuerza, donde se
especifica una fuerza(aplica
una carga externa a la
geometría seleccionada).
Simulate
Muestra el cuadro de diálogo
Simular que contiene una
breve información de la
simulación, advertencias del
proceso y la barra de progreso.
Insert Frame
Permite definir un miembro
de estructura para insertarlo
en un ensamblaje.
Miter
Permite aplicar cortes en
bisel como tratamientos
finales entre miembros de
estructura.
Trim/Extend
Permite recortar o alargar
varios miembros de
estructura hasta una cara
del modelo o plano de
trabajo.
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DISEÑO INDUSTRIAL
● ETAPAS
1 Crear el esqueleto deltijeral en milímetros.
2
Crear la estructura
metálica mediante el uso
de perfiles ‘L’
3 Crear el soporte del tijeralde perfil ‘I’ en pulgadas.
4 Ensamblar la estructuracon los soportes
5 Ensamblar con placa desostén
6
Realizar el análisis de
elementos finitos (técnica
FEA) a la estructura.
6
DISEÑO INDUSTRIAL
● PROCEDIMIENTO DE CONSTRUCCIÓN
ETAPA 1: CREAR EL ESQUELETO DEL TIJERAL EN MILÍMETROS
Paso 1 - Crear una nueva hoja de trabajo donde se dibujará el tijeral con
líneas simples. Hacer clic en New (Nuevo).
Paso 2 - Seleccionar la opción Metric (Métrico) , luego hacer clic en la
opción Standard (mm).ipt (Normal (mm).ipt) y aceptar
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DISEÑO INDUSTRIAL
Paso 3 - Clic en Start 2D sketch (Iniciar un boceto en 2D) y elegir el plano xy
Paso 4 - Dibujar con el comando Line (Línea) según los datos
proporcionados un tijeral de 4m de luz y altura 1.5 m.
Unir los 3 puntos formando un triángulo.
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DISEÑO INDUSTRIAL
Dibujar los miembros secundarios los cuales están ubicados en el
punto medio de los laterales del tijeral.
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DISEÑO INDUSTRIAL
Paso 5 - Finalizar el Sketch y guardar el archivo en una carpeta nueva.
ETAPA 2: CREAR LA ESTRUCTURA METÁLICA MEDIANTE EL USO DE
PERFILES ‘I’
1. Seleccionar el ícono New/Nuevo para realizar el ensamble:
Standard (mm).iam/Normal (mm).iam y damos clic en
Create/Crear:
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2. Seleccionar Place/Insertar. A continuación del menú
cargamos la estructura prediseñada:
3. Seleccionar la pestaña Design/Diseño,dar Clic sobre la herramienta
Insert Frame/Insertar Estructura. Nos piden guardar el archivo,
solo le damos Ok/Sí y lo guardamos en nuestra carpeta de trabajo:
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DISEÑO INDUSTRIAL
4. Para generar el perfil L se procede a seleccionar en family
ANSI L (Equal angles)-Angle/ANSI (Ángulos iguales),
elegir el perfil L 2 x 2 x 1/4. Clic en Apply/Aceptar:
5. A continuación surgirán dos ventanas damos clic en en
Ok/Aceptar en ambas:
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DISEÑO INDUSTRIAL
6. DAR EL ACABADO A LAS ESTRUCTURAS: Para ello
usaremos el comando Miter/Bisel:
Paso 1 – Seleccionar la primera Frame Member/Miembro de
Estructura:
Paso 2 – Seleccionar el segundo Frame Member/Miembro de
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Estructura:
Paso 3 – Damos “clic” en Apply/Aceptar:
Paso 4 – Repetir el proceso Miter/Bisel en los miembros faltantes:
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DISEÑO INDUSTRIAL
Resultado Miter/Bisel:
7. Por último utilizaremos el comando Trim-Extend/Recortar-Alargar:
Lo aplicaremos para la siguientes miembros secundarios:
Paso 1 - Por defecto nos pedirá seleccionar la Cara/Face, esto
nos indica hasta dónde llegará el corte:
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Paso 2 - Seleccionar los 2 Miembros de Estructura/Frame
Members a recortar (se pone de color azul):
Paso 3 – Damos “clic” en Apply/Aceptar.
Observaremos el corte:
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DISEÑO INDUSTRIAL
Para que la estructura seas uniforme, aplicamos el mismo procedimiento
en los siguientes miembros secundarios:
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DISEÑO INDUSTRIAL
ETAPA 3: CREAR EL SOPORTE DEL TIJERAL DE PERFIL ‘I’ EN
PULGADAS
Primero se usará como soporte metálico que se unirá con la viga:
Ensamblarlo a la estructura en ambos lados:
Y como resultado:
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DISEÑO INDUSTRIAL
Luego usaremos como soporte el perfil de tipo I de la librería de Autodesk.
Paso 1 - Clic en Assamble / Place / Place from Contener Center (Ensamblar /
Insertar / Insertar desde el Centro de contenido).
Paso 2 - Luego elegir Structural Shapes / I-Beams / ok (Perfiles estructurales /
Vigas en I / ok).
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Paso 3 - Luego elegir ANSI ASTM A6/A6M
Paso 4 - Luego elegir las siguientes medidas para el perfil y clic en ok (Aceptar)
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Paso 5 - Después aparecen la viga y se inserta una más
Paso 6 - Se cambia de color de la base para una mejor presentación21
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ETAPA 4: ENSAMBLAR LA ESTRUCTURA CON EL SOPORTE
 Para ello primero se hace visible los planos de la estructura.
 
De igual forma seleccionar el plano YZ del soporte.
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Luego se hace coincidir los planos visibles usando CONSTRAINT.
Luego se hace coincidir las caras del soporte y la cara de la base de la estructura.
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Luego se da visibilidad a la cara XZ del soporte y se hace coincidir con el
extremo de la estructura.
De la misma manera se ensamblará el otro extremo de la estructura usando
los mismos comandos anteriores.
FINALMENTE LA FIGURA QUEDARÁ CON LOS SOPORTES:
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ETAPA 5: ENSAMBLAR PLACA DE SOSTÉN A LA ESTRUCTURA
Ensamblarlo a la estructura en ambos lados:
Y como resultado:
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ETAPA 6: APLICAR LA TÉCNICA FEA A LA ESTRUCTURA
1. Seleccionar la pestaña Environments(entornos) ,clic en
Stress Analysis (Análisis de tensión), clic en Create
Simulation (crear estudio), aparecerá una ventana
llamada Create New Simulation, dar clic en OK.
1) Environments
2) Stress Analysis
3) Create Simulation
4) Aparece el siguiente cuadro
5) Clic en Assign ( create)
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Luego seleccionar Override Material (material de anulación). Luego
a la derecha se desplegará una lista de materiales, hacer doble clic en
Steel Carbón( Acero, carbono) y dar clic en ok (aceptar)
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6) A continuación clic en el comando Fixed(fijas) y seleccionar las bases
del soporte y clic en apply (aplicar)
7) Seleccionar la opción Force(Fuerza) e ingresar el valor de 2000N,
seleccionar la cara y la dirección y finalmente clic en OK.
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- Clic en Mesh View (vista de malla)
- Luego hacer clic en Simulate (Simular) y en la ventana siguiente clic en
Run
(Ejecutar)
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Se obtendrá el resultado siguiente en el que se puede apreciar
que el esfuerzo máximo representado con el color rojo en la
escala de colores vertical es de 63.43 MPa y el mínimo de
color azul es de 0 MPa.
A continuación para saber en qué zonas de la
estructura se dan dichos esfuerzos máximo y mínimo hacer
clic en Show Maximum Value y Show Minimum Value.
Máximo Valor
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Mínimo Valor
COMENTARIO:
Se observa una gran deformación en las vigas horizontales, a
diferencia de las otras vigas que sufren una deformación muy leve.
Para obtener un archivo ejecutable de la simulación,
hacer clic en Animate Results (símbolo de una cámara),
seleccionar la velocidad de reproducción (Normal) y la
cantidad de pasos (10), luego clic en Play para reproducir la
animación
Para guardar la reproducción hacer clic en el botón con un círculo rojo,
dar la ubicación para guardarlo y luego seleccionar el códec de video a
utilizar, lo más recomendable es utilizar el compresor Intel, seleccionando
una máxima compresión, clic en Aceptar.
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A continuación hacer clic en el comando Report para obtener
todos los cálculos realizados de la simulación, luego en la ventana
Report seleccionar la resolución de las imágenes generadas y la
ubicación que se le dará al reporte haciendo clic en el botón que
tiene puntos suspensivos, clic en OK para finalizar.
Guardar el reporte en el escritorio.
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INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS
● El flujo de diseño de una estructura puede realizarse con un análisis
de conexiones y desplazamientos no lineales con Inventor como se
hizo en este manual.
● El proceso de diseño estructural puede reducir su tiempo de ejecución
y análisis con la utilización de software de cálculo, pero en contraste
debe conocerse la operación matemática que realiza el software
además de interpretar correctamente los resultados.
● En el análisis realizado en el software Inventor observamos una gran
deformación en las vigas laterales, a diferencia de las otras vigas que
sufren una deformación más leve.
● Podemos destacar de acuerdo al reporte dado en el software Inventor
que las partes de color amarillo son los elementos apropiadamente
diseñados, los elementos de color naranja son elementos críticos y
los elementos de color rojo son los que entraron en falla.
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PLANO DE ENSAMBLE DE LA ESTRUCTURA
PLANO DE EXPLOSIÓN DE LA ESTRUCTURA
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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
Miquel J. (2012). Resistencia de Materiales y Estructuras. Recuperado el 05
de abril de
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Nápoles E., Gonzáles R. & Olivares E.(2015). Una introducción al análisis
por elementos finitos: aplicaciones y ejemplos. Recuperado el 8 de marzo
de
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Rojas O. & Rojas L. (2006). Diseño asistido por computador. Industrial Data,
9(1),7-15.Recuperado el 13 de marzo de
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https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=81690102