Cuando hemos dibujado una pieza empleando los módulos Part Design, Wireframe & Surface Design y Assembly Designcon el programa CATIA V5 ( Computer Aided Three-Dimensional Interactive) no sabemos con certeza qué va a ocurrir con nuestro modelo inicial de diseño. Nos preguntamos si este modelo previo cumplirá con las especificaciones técnicas requeridas para el uso que nos hemos planteado. Una vez diseñada y producida la pieza ¨resistirá la acción de las cargas aplicadas y condiciones de trabajo a las que se encontrará sometida cuando la sometamos al uso? Estas y muchas otras inquietudes nos surgen una vez hemos terminado nuestro diseño gráfico en 3D. El objetivo de este libro es proporcionar a todos los diseñadores que trabajan con CATIA V5 la posibilidad de analizar, simular y calcular piezas de maquinaria en general ' GPS Generative Part Structural Analysis' y grupo de piezas (montajes) ' GAS Generative Assembly Struc tural Analysis', empleando el método de los elementos finitos MEF (o FEM ' Finite Element Method', como se le conoce en inglés). El FEM se ha convertido en el método estándar más usado actualmente para la simulación numérica. CATIA V5 es uno de los mejores y más utilizados programas de diseño gráfico en 3D (CAD/CAM/CAE) y uno de los principales en el análisis en CAX-System. Este programa proporciona al diseñador de máquinas, un ambiente de trabajo y una serie de tareas prácticas de cálculo que le permite profundizar en las diversas plataformas de diseño de manera rápida y eficiente. [INDICE] Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xv Capítulo 1 - Inicio con CATIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1 Ventana de bienvenida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.1 Entorno de CATIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2.1 Barra de menús . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.2.2 Árbol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.2.3 Barra de herramientas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.2.4 Planos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.2.5 Compás . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Capítulo 2 - Elementos finitos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.1 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.2 Aplicación del método de elementos finitos (MEF) . . . . . . . . . . . . . 8 Capítulo 3 - Escoger material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 3.1 Nuevos materiales en la biblioteca de materiales . . . . . . . . . . . . . . . 9 3.2 Crear nuevos grupos de materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 3.2.1 Pestaña Feature Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 3.2.2 Pestaña Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 3.2.3 Pestaña Drawing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 3.2.4 Pestaña Rendering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 3.2.5 Pestaña Inheritance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Capítulo 4 - El módulo GPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 4.1 Definiendo el análisis con el MEF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 4.2 Ejemplo representativo empleando el módulo GPS . . . . . . . . . . . . . 23 4.3 Análisis por el MEF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 4.3.1 Primeros pasos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 4.3.2 Definiendo cargas y condiciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 4.3.3 Análisis de resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 4.3.4 Representación de resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 4.3.5 Nueva representación de resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 4.4 Configuración de del módulo GPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 4.4.1 Pestaña External Storage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 4.4.2 Pestaña General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 4.4.3 Pestaña Quality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 4.4.4 Pestaña Graphics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 4.4.5 Pestaña Post Processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 4.4.6 Pestaña Reporting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 4.5 Cambio de unidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 Capítulo 5 - Condiciones de frontera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 5.1 Sistema de coordenadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 5.1.1 Sistema de coordenadas global . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 5.1.2 Sistema de coordenadas implícito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 5.1.2.1 El Sistema implícito de coordenadas cartesianas . 39 5.1.2.2 Sistema implícito de coordenadas cilíndricas . . . . 40 5.1.3 Sistema de coordenadas definidos por el usuario . . . . . . . . 40 5.2 Barra de herramientas Restraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 5.2.1 Herramienta Clampps (Empotramiento fijo) . . . . . . . . . . . . . . 41 5.2.2 Herramienta Surface Sliders (Superficies deslizables) . . . . . . 41 5.2.3 Herramienta User-ddefined Restraints (Restricciones definidas por el usuario) . .. 43 5.3 Barra de herramientas Advanced Restrains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 5.3.1 Herramienta Iso-static Restraints (Restricciones y condiciones Isostáticas) . .. 46 5.4 Barra de herramientas Mechanical Restraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 5.4.1 Herramienta Slider (Cojinete con apoyo libre) . . . . . . . . . . . . 47 5.4.2 Herramienta Sliding Pivots (Cojinete radial con apoyo libre) . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 48 5.4.3 Herramienta Ball Joins (Articulación esférica) . . . . . . . . . . . . 49 5.4.4 Herramienta Pivots (Pivote) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 5.5 Elementos virtuales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 5.5.1 Rigid Virtual Parts (Elemento virtual rígido) . . . . . . . . . . . . . 52 5.5.2 Smooth Virtual Parts (Elemento virtual móvil o desplazable) . . . .. . 53 5.5.3 Contact Virtual Parts (Elemento virtual de contacto) . . . . . . . 54 5.5.4 Rigid Spring Virtual Parts (Elemento virtual de resorte fijo) . . . . . . . . . .. . . . . . . 56 5.5.5 Spring Smooth Virtual Parts (Elemento virtual de resorte móvil) .. . . . . . . 58 5.5.6 Herramienta Periodicity Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 Capítulo 6 - Definición de la aplicación de cargas . . . . . . . . . . . . . . . 61 6.1 Barra de herramientas LOADS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 6.1.1 Herramienta Pressure (Presión) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 6.1.2 Herramienta Enforced Displacement (Desplazamiento forzado) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 6.2 Sub - barra de herramientas FORCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 6.2.1 Herramienta Distribuited Force (Carga distribuida) . . . . . . . . 66 6.2.2 Herramienta Moment (Momento) . . . . . . . . . . . . .
Cuando hemos dibujado una pieza empleando los módulos Part Design, Wireframe & Surface Design y Assembly Designcon el programa CATIA V5 ( Computer Aided Three-Dimensional Interactive) no sabemos con certeza qué va a ocurrir con nuestro modelo inicial de diseño. Nos preguntamos si este modelo previo cumplirá con las especificaciones técnicas requeridas para el uso que nos hemos planteado. Una vez diseñada y producida la pieza ¨resistirá la acción de las cargas aplicadas y condiciones de trabajo a las que se encontrará sometida cuando la sometamos al uso? Estas y muchas otras inquietudes nos surgen una vez hemos terminado nuestro diseño gráfico en 3D. El objetivo de este libro es proporcionar a todos los diseñadores que trabajan con CATIA V5 la posibilidad de analizar, simular y calcular piezas de maquinaria en general ' GPS Generative Part Structural Analysis' y grupo de piezas (montajes) ' GAS Generative Assembly Struc tural Analysis', empleando el método de los elementos finitos MEF (o FEM ' Finite Element Method', como se le conoce en inglés). El FEM se ha convertido en el método estándar más usado actualmente para la simulación numérica. CATIA V5 es uno de los mejores y más utilizados programas de diseño gráfico en 3D (CAD/CAM/CAE) y uno de los principales en el análisis en CAX-System. Este programa proporciona al diseñador de máquinas, un ambiente de trabajo y una serie de tareas prácticas de cálculo que le permite profundizar en las diversas plataformas de diseño de manera rápida y eficiente. [INDICE] Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xv Capítulo 1 - Inicio con CATIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.1 Ventana de bienvenida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.1 Entorno de CATIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.2.1 Barra de menús . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.2.2 Árbol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.2.3 Barra de herramientas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.2.4 Planos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.2.5 Compás . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Capítulo 2 - Elementos finitos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.1 Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.2 Aplicación del método de elementos finitos (MEF) . . . . . . . . . . . . . 8 Capítulo 3 - Escoger material . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 3.1 Nuevos materiales en la biblioteca de materiales . . . . . . . . . . . . . . . 9 3.2 Crear nuevos grupos de materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 3.2.1 Pestaña Feature Properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 3.2.2 Pestaña Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 3.2.3 Pestaña Drawing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 3.2.4 Pestaña Rendering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 3.2.5 Pestaña Inheritance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Capítulo 4 - El módulo GPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 4.1 Definiendo el análisis con el MEF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 4.2 Ejemplo representativo empleando el módulo GPS . . . . . . . . . . . . . 23 4.3 Análisis por el MEF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 4.3.1 Primeros pasos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 4.3.2 Definiendo cargas y condiciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 4.3.3 Análisis de resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 4.3.4 Representación de resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 4.3.5 Nueva representación de resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 4.4 Configuración de del módulo GPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 4.4.1 Pestaña External Storage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 4.4.2 Pestaña General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 4.4.3 Pestaña Quality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 4.4.4 Pestaña Graphics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 4.4.5 Pestaña Post Processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 4.4.6 Pestaña Reporting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 4.5 Cambio de unidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 Capítulo 5 - Condiciones de frontera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 5.1 Sistema de coordenadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 5.1.1 Sistema de coordenadas global . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 5.1.2 Sistema de coordenadas implícito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 5.1.2.1 El Sistema implícito de coordenadas cartesianas . 39 5.1.2.2 Sistema implícito de coordenadas cilíndricas . . . . 40 5.1.3 Sistema de coordenadas definidos por el usuario . . . . . . . . 40 5.2 Barra de herramientas Restraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 5.2.1 Herramienta Clampps (Empotramiento fijo) . . . . . . . . . . . . . . 41 5.2.2 Herramienta Surface Sliders (Superficies deslizables) . . . . . . 41 5.2.3 Herramienta User-ddefined Restraints (Restricciones definidas por el usuario) . .. 43 5.3 Barra de herramientas Advanced Restrains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 5.3.1 Herramienta Iso-static Restraints (Restricciones y condiciones Isostáticas) . .. 46 5.4 Barra de herramientas Mechanical Restraints . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 5.4.1 Herramienta Slider (Cojinete con apoyo libre) . . . . . . . . . . . . 47 5.4.2 Herramienta Sliding Pivots (Cojinete radial con apoyo libre) . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 48 5.4.3 Herramienta Ball Joins (Articulación esférica) . . . . . . . . . . . . 49 5.4.4 Herramienta Pivots (Pivote) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 5.5 Elementos virtuales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 5.5.1 Rigid Virtual Parts (Elemento virtual rígido) . . . . . . . . . . . . . 52 5.5.2 Smooth Virtual Parts (Elemento virtual móvil o desplazable) . . . .. . 53 5.5.3 Contact Virtual Parts (Elemento virtual de contacto) . . . . . . . 54 5.5.4 Rigid Spring Virtual Parts (Elemento virtual de resorte fijo) . . . . . . . . . .. . . . . . . 56 5.5.5 Spring Smooth Virtual Parts (Elemento virtual de resorte móvil) .. . . . . . . 58 5.5.6 Herramienta Periodicity Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 Capítulo 6 - Definición de la aplicación de cargas . . . . . . . . . . . . . . . 61 6.1 Barra de herramientas LOADS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 6.1.1 Herramienta Pressure (Presión) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 6.1.2 Herramienta Enforced Displacement (Desplazamiento forzado) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 6.2 Sub - barra de herramientas FORCES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 6.2.1 Herramienta Distribuited Force (Carga distribuida) . . . . . . . . 66 6.2.2 Herramienta Moment (Momento) . . . . . . . . . . . . .