fbpx

Simulación multifísica secuencial

En la vida real muchos fenómenos físicos no suceden de manera independiente, a menudo se presentan de forma simultánea, mezclando problemas mecánicos, térmicos, de dinámica de fluidos y cinemáticos…

SOLIDWORKS Simulation resuelve este problema desacoplando dichos fenómenos y simulándolos de forma secuencial y dependiente en un proceso muy sencillo.

Gracias a este enfoque podemos secuenciar de múltiples formas estudios provenientes de los tres complementos de simulación: SOLIDWORKS Simulation; SOLIDWORKS Flow Simulation; SOLIDWORKS Motion.

simulación de viento

En el presente post, demostraremos cómo calcular la distribución de presiones debidas a la acción del viento sobre una estructura compleja de grandes dimensiones. A continuación, vamos a transferir esas cargas a SOLIDWORKS Simulation con la finalidad de realizar un análisis estático y así poder determinar su resistencia y estabilidad frente al vuelco.

Para este ejemplo vamos a suponer un viento huracanado de 40 m/s = 144 km/h impactando lateralmente contra un letrero lastrado cuya altura es de 7 metros.

Se trata de averiguar cuál será el lastre mínimo necesario para evitar el vuelco de la estructura.

El análisis conjunto de SOLIDWORKS Flow Simulation y SOLIDWORKS Simulation nos permitirá determinar cuál ha de ser la carga mínima necesaria en las áreas de lastre para mantener estable la torre cuando el viento actúa en una determinada dirección.

NOTA: Tendríamos que realizar este estudio para distintas direcciones de viento, sin embargo, para ilustrar el procedimiento tan sólo desarrollaremos el ejemplo para una sola dirección.

Estos serían los pasos a seguir:

1.- Crear proyecto

Creamos un nuevo estudio utilizando el asistente:

a) Se trata de un Análisis de tipo Externo, se excluyen todas las cavidades internas del modelo y se establece la acción de la gravedad en la dirección correcta.

b) Se toma como fluido el Aire

c) En Condiciones de Contorno dejamos los valores por defecto:

d) Es en el apartado de Condiciones ambientales Iniciales donde especificamos la velocidad de 40 m/s en la dirección correspondiente:

2.- Ajustar Dominio Computacional

Ajustamos las dimensiones del Dominio Computacional para capturar bien todo el fenómeno, recordad que haremos este estudio para el viento actuando en el sentido opuesto al eje global X, por esta razón hemos dado más dimensión al dominio a barlovento:

3.- Establecer los parámetros de la malla global

Ajustamos los parámetros de malla global con valores apropiados:

Simulación multifísica secuencial

4.- Ejecutar estudio

5.- Crear trazados

Creamos trazados de corte para las velocidades y trazados de superficie para las presiones relativas sobre los paramentos del letrero.

calcular distribución de presiones

6.- Exportar resultados a Simulation

En el menú Herramientas, Simulación de flujo, seleccione Herramientas, Exportar resultados a simulación.

7.- Definir un estudio de simulación de SOLIDWORKS

En la pestaña Simulation, seleccionamos Nuevo Estudio.
Nombramos el estudio como Efectos del viento.
En la lista Tipo, seleccionamos el icono Estático.
Hacemos clic en Aceptar.
El árbol de estudio de simulación aparecerá en la parte inferior del FeatureManager.

estudio de simulación

8.- Aplicar las propiedades del material

Hacemos clic con el botón derecho en la carpeta Piezasen el gestor de simulación y seleccionamos Aplicar el material a todos los sólidos…

Debajo de la carpeta DIN Acero (estructural), seleccionamos 1.0044 (S275JR). Hacemos clic en Aplicar y Cerrar.

9.- Importar cargas desde SOLIDWORKS Flow Simulation.

Hacemos clic en el botón derecho en el estudio Efectos del viento en el gestor de simulación y seleccionamos Propiedades…

Hacemos clic en la pestaña Incluir efectos térmicos/de fluidos.

En el apartado Presiones desde un análisis de fluidos, hacemos clic en la casilla de verificación junto a Incluir los efectos de la presión de fluidos desde SOLIDWORKS Flow Simulation.
Hacemos clic en el botón situado a la derecha del campo en blanco, elegimos el archivo de resultados de SOLIDWORKS Flow Simulation y hacemos clic en Abrir.

Hacemos clic en Aceptar.

10.- Crear restricción fija.

Hacemos clic en el botón derecho en Sujeciones en el gestor de simulación y seleccionamos Geometría fija.
Seleccionamos la cara inferior de la placa de anclaje.
Hacemos clic en Aceptar.

geometría fija simulation

11.- Crear malla.

Hacemos clic con el botón derecho en Malla en el gestor de diseño y seleccionamos Crear malla.
Adoptamos la configuración que figura en la captura de pantalla.
Además, aplicamos controles de malla para el fuste del letrero.

mallas simulación

12.- Ejecutar el análisis.

Hacemos clic con el botón derecho en Efectos del viento en el gestor de simulación y seleccionamos Ejecutar.

13.- Ver el trazado de tensiones y desplazamientos.

Para ver los resultados, expandimos la carpeta Resultados y hacemos doble clic en Tensiones1 y en Desplazamietos1.

14.- Momento volcador

Ahora consultamos las fuerzas de reacción en la cara que hemos fijado de la placa de anclaje. Para ello, en el menú contextual de la carpeta Resultados, seleccionamos Enumerar fuerza resultante…

En el PropertyManager elegimos Fuerza de cuerpo libre, para así poder seleccionar un punto de referencia que nosotros hemos creado y nombrado como O, luego seleccionamos la cara fija de la placa.

Al pulsar el botón Actualizar obtenemos el momento de reacción Mz respecto al punto O, si ahora dividimos este valor por la distancia entre centros de gravedad de los pesos de lastre, obtendremos el par de vectores F equivalente.

15.- Conclusión.

Por tanto, para mantener el letrero en equilibrio para esta hipótesis de viento (40 m/s en dirección -X), el peso del lastre P tendrá que ser mayor o igual que F para evitar la componente ascendente.

«P ≥ F = Mz / d = 1,33 x 105 / 3,36 = 39.583 N» 

Luego, la masa en kilogramos del lastre para el extremo desfavorable tendrá que ser no menor de:

«P / g = M ≥ 3.958 kg»

Autor: Alberto Quintela

Soy Arquitecto Técnico e Ingeniero de la Edificación, especialista en Estructuras y Delineación Industrial. Desde que trabajo en Easyworks me he especializado en las diversas soluciones que integra SOLIDWORKS Simulation.

Comentarios
  • Omar El Attar dice:

    Gran artículo, pero no puedo generar el punto de referencia O.

    • Ana Mariño dice:

      Omar, ¡muchas gracias por tu comentario! Nos encantaría poder ayudarte… ¿Podrías indicarnos un poco más sobre la dificultad que tienes en este momento al generar el punto de referencia O.? 🙂

    • Ana Mariño dice:

      Hola Omar, comentarte también que el próximo 26 de Mayo tenemos una webinar en la que explicamos ese mismo ejercicio paso a paso.
      Te dejo el enlace por si quieres apuntarte. https://register.gotowebinar.com/register/6415605674354102029?source=Easyworks

    • Muy buenas Omar, para definir un Punto de referencia, es necesario crear antes un punto de croquis, por tanto, primero crea un croquis y en él agrega una entidad geométrica de tipo Punto, luego sal del croquis aceptando los cambios y a continuación, en la pestaña Operaciones (o en la pestaña Ensamblaje si estás dentro de un ensamblaje) del Administrador de comandos, despliega el icono Geometría de referencia y selecciona Punto, en el PropertyManager elige la opción En punto y en la zona de gráficos selecciona el punto croquizado.
      De todos modos, si quieres ver cómo se resuelve este caso con más detalle, te animo a que te apuntes a la webinar que te sugiere mi compañera Ana Mariño, explicaré paso a paso como realizar este ejercicio.
      Un saludo.

  • Pedro Heras dice:

    Excelente articulo, Un maquina el Sr. Alberto Quíntela. Se agradecen artículos de este tipo.
    Yo también estaría interesado en el webinar del día 26 de Mayo

    • Muchas gracias Pedro, sé que hay un amplio sector de la ingeniería muy interesado en la aplicación y capacidades de las herramientas de simulación de SOLIDWORKS para problemas estructurales afines a la obra civil, construcción, estructura metálica… Seguiré publicando casos interesantes.
      Un abrazo.

Deja una respuesta

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *

¿Qué estás buscando?
Filtrar por fecha
WhatsApp
Hola! ¿En qué podemos ayudarte?

Utilizamos cookies para mejorar la experiencia de usuario en nuestra web Política de Privacidad

Los ajustes de cookies de esta web están configurados para "permitir cookies" y así ofrecerte la mejor experiencia de navegación posible. Si sigues utilizando esta web sin cambiar tus ajustes de cookies o haces clic en "Aceptar" estarás dando tu consentimiento a esto.

Cerrar