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Estudios de caída

Los estudios de caída evalúan el efecto del impacto de una pieza o un ensamblaje con una superficie plana flexible o rígida. Una aplicación típica es dejar caer un objeto hasta que choque contra el piso; de allí su nombre. El programa calcula automáticamente el impacto y las cargas de gravedad. No se permiten otras cargas ni restricciones.

Configuración

El PropertyManager Configurar caída permite utilizar las siguientes opciones para configurar el estudio de caída:

  • Defina la altura de caída (h), la aceleración de la gravedad (g) y la orientación del plano de impacto. El programa calcula la velocidad (v) al momento del impacto a partir de:v = (2gh)1/2. El sólido se mueve en la dirección de la gravedad como un sólido rígido hasta que golpea el plano rígido.

  • Defina la velocidad al impacto (v),  la aceleración de la gravedad (g) y la orientación del plano de impacto. El programa determina la zona de impacto basándose en la dirección de la velocidad al momento del impacto.

No se considera ninguna rotación hasta que se produce el impacto inicial.

Cálculos

El programa soluciona un problema dinámico como una función de tiempo. Las ecuaciones de movimiento generales son:

FI(t) + FD(t) + FE(t) = R(t)

donde FI(t) son las fuerzas inerciales, FD(t) son las fuerzas de amortiguamiento y FE(t) son las fuerzas elásticas. Todas estas fuerzas son dependientes del tiempo.

En el análisis estático esta ecuación se reduce a: FE(t) = R(t), ya que las fuerzas inerciales y de amortiguamiento se omiten debido a las velocidades y aceleraciones pequeñas.

La amortiguación no se considera actualmente. Las fuerzas externas R(t) incluyen las fuerzas gravitacionales y de impacto.

Hay dos tipos básicos de métodos para integrar directamente esta ecuación en el dominio de tiempo; los métodos implícitos y los métodos explícitos. Los métodos explícitos no requieren el ensamblaje o la descomposición de la matriz de rigidez; una función conveniente que ahorra tiempo y recursos del equipo. Sin embargo, requieren que el paso de tiempo sea más pequeño que un valor crítico para que la solución sea convergente. El paso de tiempo crítico es típicamente muy pequeño.

Los esquemas de integración implícitos brindan soluciones aceptables, con pasos de tiempo que generalmente son uno o dos grados más grandes que el paso de tiempo crítico requerido por los métodos explícitos. Sin embargo, requieren cálculos intensivos en cada paso de tiempo.

El software utiliza un método de integración de tiempo explícito para solucionar los estudios de caída. Calcula automáticamente el paso de tiempo crítico según el tamaño del elemento más pequeño y utiliza el valor menor para evitar la divergencia. Puede suprimir las operaciones muy pequeñas, cuando sea adecuado, o utilizar el control de malla para evitar la generación de elementos muy pequeños.  El programa ajusta internamente el paso de tiempo mientras avanza la solución.

Para obtener más información acerca de métodos explícitos, refiérase a: An Explicit Finite Element Primer de Paul Jacob & Lee Goulding, ,2002 NAFEMS Ltd.

Convergencia

Una buena transición en la malla ayuda a la convergencia. La transición rápida en la malla puede causar divergencia. El solver comprueba esta condición inspeccionando el balance de energía. Muestra un mensaje y se detiene cuando el balance de energía indica divergencia.  

¿Se romperá el modelo?

El estudio no responde esta pregunta automáticamente.  Tampoco predice la separación de componentes unidos rígidamente debido al impacto. Puede utilizar los resultados para evaluar la posibilidad de que ocurran dichos sucesos. Por ejemplo, puede utilizar las tensiones máximas para predecir fallos en el material y las fuerzas de contacto para predecir la separación de los componentes.

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Realizar análisis de caída

 



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