165006005 Solidworks 2011 Nivel III

Universidad Nacional de Ingeniería Facultad de Ingeniería Mecánica

SolidWorks 2012 Nivel III 1

SOLIDWORKS NIVEL III

PRÓLOGO

SolidWorks es el software estándar de diseño mecánico en 3D. SolidWorks ofrece un valor

y un rendimiento únicos, es líder en innovación y posee la mayor comunidad de

usuarios. Ningún otro sistema CAD permite diseñar productos de forma tan rápida y

precisa.

El objetivo del curso es aprender a usar herramientas avanzadas para llevar a cabo

las siguientes tareas:

Simular mecanismos o sistemas mecánicos usando herramientas avanzadas como

SolidWorks Motion.

Realizar imágenes y videos fotorealísticos usando PhotoView 360.

Analizar la resistencia de piezas y ensambles a fuerzas y presiones usando

SolidWorks Simulation.

Analizar el comportamiento de fluidos en condiciones de presión y temperatura, así

como la eficiencia de ciertas máquinas hidráulicas y térmicas usando SolidWorks

Flow Simulation.

Ing. Arturo Cubas Rodriguez

Certified SolidWorks Professional

[email protected]



CONTENIDO

1 Animaciones ..................................................................................................................... 4

1.1 Introducción ............................................................................................................. 4

1.2 Tipos de mecanismos ............................................................................................... 4

1.3 Animación ................................................................................................................. 4

1.4 Movimiento básico .................................................................................................... 5

1.5 SolidWorks Motion ................................................................................................... 5

1.6 Motion Manager ....................................................................................................... 5

1.7 Explosionar / Contraer ........................................................................................... 11

1.8 Motores ................................................................................................................. 16

1.9 Simulación física .................................................................................................... 18

1.10 Resultados y trazados ............................................................................................ 20

1.11 Seguir una trayectoria ............................................................................................ 24

1.12 Contactos 3D .......................................................................................................... 29

1.13 Relaciones de posición mecánicas ......................................................................... 31

1.14 Uso del Toolbox ...................................................................................................... 33

1.15 Ejercicios ................................................................................................................ 41

2 PhotoView 360 ................................................................................................................ 46

2.1 Introducción ........................................................................................................... 46

2.2 Vista preliminar ...................................................................................................... 47

2.3 Agregar apariencias (color y textura) ..................................................................... 47

2.4 Asignar apariencia desde un archivo ..................................................................... 51

2.5 Asignar calcomanías .............................................................................................. 51

2.6 Aplicar una escena ................................................................................................. 53

2.7 Opciones de renderizado ........................................................................................ 53

2.8 Agregar cámaras .................................................................................................... 54

2.9 Usar Estados de visualización ................................................................................ 56

2.10 Renderizar animaciones ........................................................................................ 58

2.11 Ejercicios ................................................................................................................ 60

3 SolidWorks Simulation ................................................................................................... 62

3.1 Introducción ........................................................................................................... 62

3.2 Pasos del análisis ................................................................................................... 62

3.3 Análisis de piezas .................................................................................................. 63



3.4 Análisis de Soldaduras y pernos ............................................................................ 71

3.5 Análisis de superficies y chapa metálica ............................................................... 80

3.6 Análisis de piezas simétricas ................................................................................. 81

3.7 Análisis de ensambles ........................................................................................... 88

3.8 Optimización automática de forma y Estudios de diseño ....................................... 91

3.9 Ejercicios ................................................................................................................ 95

4 SolidWorks Flow Simulation ......................................................................................... 101

4.1 Introducción .......................................................................................................... 101

4.2 Análisis de flujo interno ........................................................................................ 104

4.3 Evaluar el impacto de las variantes de diseño ...................................................... 118

4.4 Análisis de un intercambiador de calor ................................................................ 121

4.5 Usar simetría como condición de frontera ........................................................... 125

4.6 Condiciones de frontera de Flujo de masa, presión, temperatura y velocidad. ... 126

4.7 Especificar aisladores térmicos ........................................................................... 128

4.8 Visualizar las trayectorias del fluido .................................................................... 130

4.9 Cálculo de la efectividad del intercambiador ....................................................... 132

4.10 Análisis de un impulsor centrífugo ...................................................................... 132

4.11 Ejercicios .............................................................................................................. 137



1 Animaciones

1.1 Introducción

SolidWorks puede generar simulación de movimiento a partir de ensambles. El

movimiento de un sistema está determinado por:

Relaciones entre componentes

La masa e inercia de los componentes

Fuerzas aplicadas a el sistema

Movimientos dirigidos (motores o actuadores)

Tiempo

1.2 Tipos de mecanismos

Hay dos tipos de mecanismos, dependiendo de cómo se aplican las fuerzas:

Sistemas cinemáticos.

El movimiento de los componentes está restringido por las relaciones aplicadas.

Está completamente controlado y sólo hay un movimiento posible.

Sin considerar el motor aplicado hay un solo grado de libertad.

Sistemas dinámicos.

El movimiento de los componentes esta en libre movimiento sujeto a fuerzas.

Está parcialmente controlado y hay un infinito número de resultados dependiendo de

las fuerzas.

El número de grados de libertad es variable.

El movimiento supone que los componentes son rígidos.

Hay 3 simuladores de movimiento:

Animación

Movimiento Básico

SolidWorks Motion

1.3 Animación

Incluye:

Creación de animaciones (llamado Animator en antiguas versiones)

Usa cuadros clave

Se puede usar con PhotoView

Las animaciones se pueden salvar como videos

Tiene controles para avanzar, retroceder

Se pueden agregar cámaras



Controlado por relaciones y motores.

Se pueden suprimir o quitar supresión a relaciones de ensamblaje

Se agregan motores (rotatorio o lineal) y actuadores

Asistente para animación.

Se pueden agregar vistas de explosión

Se pueden importar simulaciones de SolidWorks Motion o simulación física.

1.4 Movimiento básico

Incluye las funciones de Animator

Incluye relaciones y motores

Se pueden agregar resortes, contactos 3D y gravedad

El movimiento está basado en leyes físicas.

Es rápido.

1.5 SolidWorks Motion

La simulación está basada en cuerpos rígidos

Incluye las funciones de Animator

Incluye relaciones y motores

Se pueden agregar resortes, contactos 3D (con fricción) y gravedad

Se pueden agregar amortiguadores, fuerzas

Se pueden mostrar gráficas de posiciones, velocidades y aceleraciones.

Es preciso y algo más lento sobre todo si se usan contactos 3D.

1.6 Motion Manager

MotionManager consolida el movimiento dinámico de ensamblajes, la simulación física, la

animación y SolidWorks Motion en una interfaz única. MotionManager tiene una

escala de tiempo basada en marcas y controla motores, la gravedad y los resortes en

función del tiempo. Veamos esto con un ejemplo

Ejemplo 1

1 Abra el archivo Robot300.sldasm



2 Abra la pestaña Estudio de movimiento 1

Esta ventana tiene los siguientes elementos:

Barras de cambio

Las barras de cambio son las barras horizontales que conectan marcas e indican que se

está produciendo un cambio entre ellas. Los cambios incluyen:

Duración de la animación

Movimiento de componentes

Cambios en las propiedades del elemento de simulación

Ver orientación, como por ejemplo rotación

Propiedades visuales como color o vista.

Leyenda de la barra de cambio

Según las entidades, las barras de cambio utilizan colores que identifican visualmente el

componente y el tipo de cambio.

Además del color, puede identificar la entidad por el icono en el gestor de diseño del

FeatureManager MotionManager.



Iconos Función Notas

Barra de tiempo

Tiempo actual de la animación

En la figura el tiempo actual está en 6s. Al mover la barra de tiempo, se cambia el tiempo actual de la animación y se actualiza el modelo.

Escala de tiempo

La escala de tiempo es la interfaz temporal para la animación.

Muestra los momentos y tipos de eventos de animación en el Estudio de movimiento.

Barra de cambios

Duración total de la animación

Orientación y vistas de cámara

Duración para esta orientación de vista.

Desactivar reproducción de teclas de vista seleccionado

Elementos de simulación

Movimiento impulsor Barras de cambio Movimiento impulsor y Movimiento impulsado:

Puede incluir la barra de cambio Aspecto entre las mismas marcas.

Los componentes con Movimiento

impulsado pueden estar en movimiento o estar estacionarios:

COSMOS_Motion

Sin movimien_to

Movimiento impulsado

Explosionar Creado con el Asistente para animación.

Apariencia Apariencia: Incluye todas las propiedades

visuales (color, transparencia, etc.).

Puede existir independientemente del movimiento de componen_ tes.

Cota de relación de posición

Marcas.

Cualquier marca de componente o de



relación de posición

Cualquier marca suprimida

Posición no solucionada todavía

Posición que no se puede alcanzar

Hijos ocultos Carpetas creadas en el gestor

de diseño del FeatureManager de SolidWorks.

Elementos contraídos.

Componentes impulsores e impulsados

Cuando se mueve un componente que impulsa el movimiento de componentes

relacionados, el sistema también anima los componentes impulsados. Ambos

componentes incluyen una barra de cambio.

3 Establezca el límite de tiempo

Mueva la barra de tiempo hasta 10s

4 Mueva el componente Brazo a la posición indicada

5 Mueva el Primer eje



6 Haga clic en el botón Calcular

El programa calcula la simulación interpolando la posición del ensamble desde la

inicial en cero segundos a la final en diez segundos.

Cada componente que sufre un cambio en posición o apariencia muestra una barra

de tiempo. Las barras verdes muestran movimiento conductor y las amarillas

movimiento conducido. La barra negra representa el tiempo de simulación.

Cada vez que se haga un cambio en la simulación haga clic en el botón calcular. Si sólo

desea ver la simulación de nuevo de clic en el reproducir.

Calcular

Reproducir

Reproducir

desde el

inicio

Tiempo actual

Velocidad de

reproducción

Detener

Modo de

reproducción

Guardar

como

video



Puede además usar los botones Reproducir desde el inicio, Detener o mover el slider del

Tiempo actual. También puede ajustar la Velocidad de reproducción desde 10% (más

lento) a 500% (más rápido). El modo de reproducción puede ser Normal (de inicio a

fin), Bucle (repite al terminar) o Reproducción alternativa (al terminar regresa al

inicio comenzado por el final).

7 Guarde su animación como un video.

Salve el ensamble y de clic en el botón Guardar animación.

De un nombre al archivo y de clic en Guardar. De clic en Aceptar para la ventana del

compresor de video y revise el resultado.

8 Agregue un movimiento.

Mueva la barra de tiempo y la marca negra hasta 20s para ubicar el tiempo actual y la

duración de la simulación respectivamente.

Mueva el componente Eje superior:



De clic en Calcular. El movimiento para el eje superior y los componentes luego de este

debe comenzar en 10s y terminar en 20s.

9 Modifique la simulación.

Arrastre el marcador del medio para Eje superior hasta 15s. y de clic en Calcular. Entre 10s

y 15s el ensamble debe estar inmóvil.

Arrastre el marcador inicial para Brazo‹2›(grande) hasta 5s. Calcule la simulación. Esto

hace que ese componente conduzca la simulación desde 5s

1.7 Explosionar / Contraer

Ahora vamos a explosionar el ensamble y modificar algunas características de la

animación.



10 Cree una vista explosionada.

Regrese a la pestaña Modelo. Vaya al comando Vista explosionada de la barra

Ensamblaje.

11 Mueva los componentes.

Seleccione el componente Herramienta y arrastre la flecha verde para mover.

De igual forma mueva los demás componentes siguiendo el orden:

Muñeca Antebrazo Eje superior



Brazo‹2› Brazo‹1›

Primer eje

Si desea hacer algún cambio de clic derecho al paso de explosión a cambiar y

seleccione Eliminar o Editar paso.



Acepte la operación.

12 Animar una explosión.

Vaya a la pestaña ConfigurationManager y de clic en el signo + a la izquierda de

Predeterminado. De clic derecho a VistaExpl1 y elija Contraer animación.

Con la barra Controlador de animaciones puede Iniciar, rebobinar, reproducir, entre

otras opciones.

13 Importe una explosión al movimiento de ensamblaje.

De clic derecho en la pestaña Estudio de movimiento 1 y de clic en Nueva.

De clic en el botón Asistente para animación . Este comando permite añadir

giros, traer explosiones o movimientos físicos al Motion Manager. Seleccione

Explosionar y de clic en Siguiente.



En la siguiente ventana de un tiempo de duración de 10s e inicio en cero segundos.

De clic en Finalizar. Ahora los pasos de explosión se han importado al Motion

Manager y se pueden modificar o añadir más movimientos.

14 Añada una contracción.

Entre al asistente para animación . Seleccione Contraer y de haga clic en

Siguiente. Establezca el tiempo de duración en 10s e inicio en 10s. Clic en Finalizar.

Reproduzca la simulación.

15 Cambie el modo de interpolación.

De clic derecho en cualquier área libre del Motion Manager, escoja Seleccionar todo

para seleccionar todas las marcas.

De clic derecho a cualquier marca y en Modo de interpolación seleccione

Entrada/Salida lenta a una clave. Esto se usa para suavizar el movimiento al iniciar o

finalizar. Reproduzca la simulación.



1.8 Motores

Un motor es un elemento de simulación que mueve componentes alrededor de un

ensamblaje simulando los efectos de motores lineales o rotatorios.

16 Añada un motor rotatorio.

Cree un nuevo estudio de movimiento y de clic en el comando Motor rotatorio .

Seleccione:

Tipo de motor: motor rotatorio.

Dirección: la cara indicada con sentido anti horario visto desde arriba.

Tipo de motor: Velocidad constante.

Velocidad: 1RPM.

Mover con respecto a: la cara indicada.

Reproduzca la simulación.



17 Añada más motores.

Añada motores rotatorios de acuerdo a la tabla:

Componente Tipo de motor Datos adicionales Mover con

respecto a

Brazo‹1› Distancia Desplazamiento 90°

Hora de inicio 3s

Duración 3s Primer eje

Eje superior Oscilante Desplazamiento 90° (dirección invertida)

Frecuencia 0.2Hz

Cambio de fase 0°

Brazo

Antebrazo Segmentos Datos: Ver gráficas siguientes Eje superior

Muñeca Puntos de datos

Datos: Ver gráficas siguientes Antebrazo

Caras y sentidos para seleccionar en Dirección de motor:

Brazo‹1› Eje superior Antebrazo

Muñeca

Datos para el motor tipo Segmentos



Datos para el motor tipo Puntos de datos

Establezca el tiempo se simulación en 20s (arrastrando la primera marca negra

hasta 20s) Calcule la simulación.

1.9 Simulación física

Es posible que el Tipo de estudio Animación no consiga que el movimiento del ensamble

llegue a la posición indicada o que no lo haga en los tiempo especificados por los

motores. En estos casos se puede emplear el tipo Movimiento básico o SolidWorks

Motion. Estos emplean algoritmos más precisos para resolver el movimiento a costa

de incrementar el tiempo de cálculo. En una simulación física se pueden añadir

además resortes, y gravedad. En SolidWorks Motion se puede agregar contactos 3D

entre componentes. Ambos emplean la densidad del material para calcular una

simulación más realista.

18 Use simulación física.

Active Movimiento básico en Tipo de estudio. Calcule la simulación. Los resultados

pueden ser diferentes al tipo Animación.



19 Use SolidWorks Motion.

Para usar SolidWorks Motion es necesario activar el complemento. Para ello vaya a

la pestaña Productos Office y dentro del botón SolidWorks Office active SolidWorks

Motion.

En tipo de estudio elija SolidWorks Motion. Calcule la simulación.

20 Asignar Materiales

Cuando se requiera realizar simulaciones que incluyan Gravedad o Fuerzas es

necesario asignar un material a las piezas del ensamble, así los cálculos tendrán en

cuenta la densidad del material.

Regrese a la pestaña Modelo, de clic derecho a la pieza Base y elija Editar material:

En Materiales elija Acero / AISI 304. En Apariencia desactive Utilizar color de

material para preservar el color de la pieza. Asigne el mismo material a las demás

piezas.

21 Agregar gravedad

Agregue gravedad al estudio mediante el botón Gravedad:



En parámetros de Gravedad elija y como eje, asegúrese que la dirección de la flecha

verde en la esquina inferior derecha apunte hacia abajo. El valor debe estar en

9806.65mm/s^2. Acepte la operación.

1.10 Resultados y trazados

22 Añadir una gráfica de velocidad

Use el botón Resultados y trazados para agregar algunas gráficas al estudio. Este

comando sólo está disponible si se activa SolidWorks Motion.

Configure lo siguiente:

En categoría: Desplazamiento/Velocidad/Aceleración

En subcategoría: Velocidad lineal

En componente: Componente X

Seleccione el extremo de la herramienta en Selección de vértices o caras

Active Resultados frente a tiempo

Active Mostrar vector en ventana de gráficos. Esta opción muestra un vector verde

al momento de reproducir la simulación.



Calcule la simulación. Se muestra la gráfica:

23 Exportar a Excel

Se puede exportar a Excel la gráfica o los datos numéricos. Busque el trazado

dentro de la carpeta Resultados y de clic derecho. Hay opciones para Editar

operación, Eliminar , Ocultar trazado, Exportar a hoja de cálculo y Suprimir. Elija

Exportar a hoja de cálculo.

Aparece la gráfica en Excel



Para exportar los datos numéricos haga clic derecho en la gráfica y escoja Exportar

CSV (archivo de valores separados por comas). Asigne un nombre y guárdelo.

Abra el archivo en cualquier editor de texto o Excel, cada fila es un par de valores en

el formato tiempo, valor.

24 Añadir una gráfica de desplazamiento

Esta gráfica mide la separación entre un par de vértices o puntos en magnitud o en

los ejes X, Y, Z. Haga clic en el botón Resultados y trazados y configure:


En subcategoría: Desplazamiento lineal

En componente: Componente X

Seleccione el extremo de la herramienta en Selección de vértices o caras. De clic

derecho en la arista indicada y escoja Seleccionar el punto medio

Active Resultados frente a tiempo



Seleccionar los

puntos

Se muestra la gráfica

25 Añada una Ruta de trazo

La Ruta de trazo muestra la ruta de un vértice en el movimiento. Haga clic en el

botón Resultados y trazados y configure:


En subcategoría: Ruta de trazo

Seleccione el extremo de la herramienta en Selección de vértices o caras.

Active Mostrar vector en ventana de gráficos

Reproduzca la simulación



1.11 Seguir una trayectoria

26 Añada una relación de posición de trayecto

Es posible hacer que un vértice o punto siga una trayectoria. Para ello cree un nuevo

Estudio de movimiento, haga visible el componente Trayectoria (clic derecho en el

componente Trayectoria y seleccione Visualizar componente ) de clic en el botón

Relación de posición y dentro de Relac. de posición avanzadas escoja Relación de

posición de trayecto . Seleccione lo siguiente:

Vértice de

componente

Selección de

Acepte la operación. Ahora puede mover el componente Herramienta a lo largo del

trayecto.



27 Anime el movimiento en la trayectoria

Dentro de Relaciones de posición busque la relación Relación de posición de

trayecto1, de clic derecho y Edite la operación. Dentro de Relac. de posición

avanzadas cambie la opción Restricción de trayecto a Porcentaje a lo largo de

trayecto. Esto permite especificar la posición del vértice seleccionado como un

porcentaje variable del trayecto. Con el porcentaje en 0.000000% acepte la

operación.

28 Cambie la barra de tiempo

Arrastre la barra de tiempo a 10s



29 Cambie la cota de la relación

Dentro del MotionManager de clic derecho a la Relación de posición de trayecto1 y

escoja Editar cota.

En la ventana Modificar escriba 99.9 y acepte. El programa calcula la simulación.

Reproduzca. Si desea que el robot siga la trayectoria en sentido opuesto edite la

relación y active la opción Invertir cota.

Regulador centrífugo

En este ejemplo se mostrarán los siguientes temas:

Asignación de materiales

Agregar resortes, amortiguadores, torsión

Agregar gravedad

Simular contactos 3D

1 Abra el archivo Regulador.sldasm



2 Asigne materiales

Asigne materiales de acuerdo a la tabla

Componente Material

Eje AISI 304

Collar AISI 1020

Enlace esfera Acero inoxidable al cromo

Deslizador Acero al carbono fundido

Enlace Acero inoxidable al cromo

3 Agregue gravedad

En la dirección Y negativa

4 Agregue Torsión

Use el botón Forzar , configure:

Tipo de fuerza: Torsión

Dirección: Sólo acción

Seleccione la cara indicada

Forzar función: Paso con F1 = 0.00N-mm, t1 = 0s, F2 = 1000.00N-mm, t2= 1s. Haga

clic en la gráfica debajo de t2 para mostrar:

5 Active SolidWorks Motion

Luego de activar calcule la simulación hasta 10s

6 Añada una gráfica de velocidad angular

Con el botón Resultados y trazados configure:


En subcategoría: Velocidad angular

En componente: Magnitud

Seleccione la cara indicada:



Se muestra la gráfica:

7 Agregue un resorte lineal

Use el botón Resorte . Este comando necesita un par de caras o vértices para

ubicar un resorte. Seleccione:

Tipo de resorte: resorte lineal

Puntos extremos del resorte: las caras indicadas

Seleccionar cara

super ior

Seleccionar cara infer ior

Exponente de expresión de fuerza de resorte: 1(lineal)

Constante del resorte 0.9N/mm

Active actualizar a cambios del modelo, así la longitud del resorte se toma de la

separación actual de las caras seleccionadas

Desactive amortiguador

En diámetro de espiral: 75.00mm

En número de espirales: 10

En diámetro de alambre: 2.5mm



8 Calcule la simulación

Ahora la gráfica de velocidad muestra, el resorte tiende a limitar la velocidad

9 Agregue amortiguación

Use el botón Amortiguador , configure:

En punto final del amortiguador: las mismas caras que se usaron para el resorte

En exponente de expresión de fuerza del amortiguador: 1(lineal)

En constante de amortiguamiento: 0.10N/(mm/s)


Ahora se muestra la gráfica de velocidad, el amortiguamiento disminuye las

fluctuaciones.

1.12 Contactos 3D

Contacto 3D está disponible en Movimiento básico y en SolidWorks Motion.

Definición

Defina conjuntos de componentes para comprobar el contacto entre ellos. Si los

componentes dentro de un conjunto entran en contacto durante la ejecución de un estudio

de movimiento, se detecta el contacto y los componentes reaccionan con el movimiento

correspondiente. Si, por el contrario, los componentes no están agrupados en un conjunto

y entran en contacto, se ignora el contacto y los componentes se atraviesan.

Contactos creados proporciona el número de pares de contacto que se controlarán como

se muestra a continuación. Cuanto mayor sea el número de pares de contactos, más

tiempo demorará el cálculo.

Número de componentes en conjunto (n)

2 3 4 5

Número de contactos creados

1 3 6 10



(S(n-1))

Instancias 1-2 1-2, 1-3, 2-3

1-2, 1-3, 1-4, 2-3, 2-4, 3-4

1-2, 1-3, 1-4, 1-5, 2-3, 2-4, 2-5, 3-4, 3-5. 4-5

Especificar material

Seleccione materiales de la lista para un par de colisión. Las propiedades de material

definidas para contactos 3D se aplican a caras en contacto durante el mismo. Esto

reemplaza las propiedades de material asignadas a cada pieza. El orden en el que los

materiales se seleccionan no es importante, es decir, caucho-acero es lo mismo que

acero-caucho.

Fricción

Seleccione Fricción para tener en cuenta la fricción dinámica en el cálculo de contactos.

No se puede utilizar Fricción estática sin la dinámica y, por tanto, debe seleccionarse por

separado. Los valores se configuran según las selecciones elegidas en la sección

Especificar material y no se pueden modificar. Los controles deslizantes indican los

valores cuantitativos y no se pueden mover.

Propiedades elásticas

Seleccione opciones en Impacto y Coeficiente de restitución. Los valores se configuran

según las selecciones elegidas en la sección Especificar material y no se pueden modificar.

11 Agregue Contactos 3D

Use el botón Contactar . Seleccione:

En componentes: Enlace esfera-1 y Eje

Desactive Especificar material y fricción

En propiedades elásticas active Coeficiente de restitución en 0.4

Agregue otro contacto con el botón Contactar . Seleccione:

En componentes: Enlace esfera-2 y Eje

Desactive Especificar material y fricción

En propiedades elásticas active Coeficiente de restitución en 0.4


Ahora se muestra la gráfica de velocidad hasta 20s, el mecanismo tiende a mantener la

velocidad constante subiendo o bajando las esferas.



1.13 Relaciones de posición mecánicas

Las relaciones de posición mecánicas son las siguientes:

Leva . Fuerza una cilindro, plano o punto a ser coincidente o tangente a una serie de caras tangentes extruidas.

Engranaje . Fuerza a dos componentes a girar en de forma relativa entre sí sobre los ejes seleccionados.

Piñón y cremallera . La traslación lineal de una pñieza (la cremallera) produce rotación circular en otra pieza (el piñón) y viceversa.

Tornillo . Restringe dos componentes a que sean concéntricos y agrega una relación de paso de rosca entre la rotación de un componente y la traslación del otro.

Junta universal . La rotación de un componente (eje de salida) alrededor de su eje se rige por la rotación de otro componente (eje de entrada) alrededor de su correspondiente eje.

Vamos a comenzar con algunos ejemplos

Leva

1 Abra el ensamble Leva.sldasm

El seguidor y la leva pueden deslizar y girar sus ejes.



2 Agregue una relación de Leva

En la barra Ensamblaje haga clic en Relación de posición. Seleccione:

En Relaciones de posición mecánicas seleccione Leva.

En Entidades para seleccionar las caras laterales de la leva

En Empujador de leva la cara inferior del seguidor

En caso de que la relación resulte invertida active el botón Alineada o

Alineación inversa.

Entidades para

seleccionar

Empujador de leva

3 Agregue un motor rotatorio

Agregue un motor rotatorio a la cara indicada con 100RPM



4 Grafique la velocidad del seguidor

1.14 Uso del Toolbox

Engranaje

1 Abra el ensamble Engranajes.sldasm

Para engranajes rectos la distancia entre ejes debe ser igual a:

Donde Dp son los diámetros de paso de los engranajes, se calculan con

Z es el número de dientes y m el módulo. Para que dos engranajes engranen deben

tener el mismo módulo.

2 Active SolidWorks Toolbox

Vaya a la pestaña Productos Office y en el botón SolidWorks Office active SolidWorks

Toolbox.

3 Abra la Biblioteca de diseño

Haga clic en el botón Biblioteca de diseño y abra Toolbox / ISO / Transmisión de

potencia.



4 Inserte un engranaje recto

Arrastre el ícono de Engranaje recto al área gráfica, suéltelo y configure sus

parámetros:

Módulo: 3

Número de dientes: 24

Angulo de presión: 20

Anchura de cara 12. Esto define el ancho del engranaje

Tipo de cubo: Tipo A

Diámetro de eje nominal: 20

Ranura de chaveta: Cuadrado(1)

Mostrar dientes: 20

Acepte la operación y haga clic de nuevo en la pantalla para insertar un segundo

engranaje.



5 Edite el tamaño del engranaje.

De clic derecho en cualquier cara de uno de los engranajes y seleccione Editar

definición del toolbox. Cambie el número de dientes a 16 y acepte. Esta edición de

componentes del Toolbox sólo es posible si el complemento SolidWorks Toolbox está

activado.

6 Agregue relaciones

Agregue relaciones Concéntrica y Coincidente para ubicar los engranajes como se

muestra

7 Arrastre los componentes hasta una posición de no interferencia como se muestra

8 Agregue una relación de posición Engranaje


En Relaciones de posición mecánicas seleccione Engranaje.

En Entidades para seleccionar las aristas circulares de los engranajes.

En relación escriba 3 y 2, pulse Enter luego de escribir cada valor. Estos valores

representan la relación entre los diámetros de paso de los engranajes, se puede

escribir otro par de valores con la misma relación como 30 y 20 por ejemplo.

Acepte la operación y gire los componentes para probar la relación. Si los engranes giran

en el mismo sentido edite la relación de posición y active o desactive la casilla Invertir



9 Agregue un motor rotatorio.

Agregue un motor rotatorio de 100RPM a la cara indicada y simule el mecanismo.

10 Empaquetar dependencias

Cuando se inserta un componente desde el Toolbox este aparece con un tamaño por

defecto, los valores de las propiedades del componente se agrega a la pieza. Esta nueva

información se guarda en la pieza del toolbox, con lo cual si se lleva sólo el ensamble a

otro equipo, SolidWorks mostrará los componentes del Toolbox en sus tamaños por

defecto. Para solucionar esto se deben llevar todos los componentes del ensamble: las

piezas creadas por el usuario y las del toolbox. Una manera rápida de hacer esto es usando

el comando Empaquetar dependencias.

Para ello vaya al menú Archivo / Buscar referencias. Haga clic en el Copiar

archivos… aparece la siguiente ventana. Desde allí se puede empaquetar todos los

archivos del ensamble (la pieza Soporte no aparece pues es una pieza virtual) y de

manera opcional dibujos o resultados de SolidWorks, también se puede guardar todo

en un archivo zip. Si guarda el ensamble en la carpeta original del mismo desactive

el nombre del ensamble pues no se puede reemplazar un archivo abierto. Si desea

guardar en una carpeta diferente active todas los componentes y de clic en

Examinar, seleccione una carpeta y luego de clic en Guardar.



Piñón de cremallera

1 Abra el ensamble Prensa.sldasm

2 Oculte los componentes

De clic derecho en el componente 810-12 y elija ocultar componentes, haga lo mismo

con el componente 2723:

3 Arrastre los componentes hasta una posición de no interferencia como se muestra.



4 Agregue la relación de posición Piñón de cremallera.


En Relaciones de posición mecánicas seleccione Piñón de cremallera.

En Cremallera seleccione la arista lineal indicada.

En Piñón seleccione la arista circular indicada.

En Diámetro de paso de piñón escriba 25.4mm

Pruebe el mecanismo, si el mecanismo se mueve de manera incorrecta edite la relación y

active la opción Invertir dirección.


Agregue un motor rotatorio de 25RPM a la cara indicada y simule el mecanismo.



Tornillo

1 Abra el ensamble Tornillo de banco.sldasm

2 Agregue una relación de posición Tornillo


En Relaciones de posición mecánicas seleccione Tornillo.

En Entidades para seleccionar las caras cilíndricas indicadas para definir los ejes.

En Distancia/revolución escriba 6.35.

Si es necesario active Invertir dirección para que la prensa cierre al girar la barra en

el sentido de las agujas del reloj.

Cara a seleccionar

Cara a seleccionar


Mueva el ensamble hasta aproximadamente la posición indicada y agregue un motor

rotatorio de 20RPM a la cara indicada, simule el mecanismo.



4 Compruebe interferencias

Use SolidWorks Motion, calcule la simulación y dentro del MotionManager de clic

derecho al ensamble y escoja Comprobar interferencia

Con una ventana seleccione todo el ensamble y de clic en Buscar ahora.

El comando busca las interferencias cuadro por cuadro. Se muestra el tiempo en que

ocurren las interferencias y el volumen de éstas



5 Use contactos

Cree un contacto y seleccione los componentes Bola (ambas), Base y la Quijada

móvil, use los valores por defecto de contacto, calcule la simulación.

1.15 Ejercicios

1 Robot dr4000

Abra el archivo dr4000.sldasm

Cree un estudio de movimiento para generar una animación de movimiento

desde la posición inicial a la final mostrada

Agregue un segundo estudio de movimiento para generar una explosión con

entrada / salida lenta de clave.

En un tercer estudio de movimiento agregue motores rotatorios para

conseguir el mismo efecto. Asuma valores y grafique el movimiento del

extremo del robot para posición, velocidad y aceleración.

2 Motor V8

Abra el archivo Motor V8

Agregue un torque de 100N-mm al cigüeñal, agregue el material acero

inoxidable al cromo a todas las piezas y gravedad, y grafique la velocidad de

cualquiera de los pistones.



3 Engranajes cónicos

Abra el archivo Engranajes conicos

Agregue contacto 3d entre los engranes, agregue un torque de 0.1N-mm al

engrane horizontal.

Calcule el movimiento y grafique la velocidad del engrane vertical

4 Puerta con amortiguador

Abra el archivo Puerta.sldasm

Use una vista de sección y agregue un resorte con k = 1N/mm, L= 180mm y

constante de amortiguamiento lineal = 5N-s/mm entre los componentes

indicados

Reproduzca la simulación con un tiempo total de 20s y grafique la velocidad

angular de la puerta

5 Estrella genova

Abra el archivo EstrellaGenova.sldasm

Agregue un contacto3D entre Pieza2 y Pieza3

Agregue un motor rotatorio de 100RPM a Pieza3 y grafique la velocidad de

Pieza2

6 Robot Soldador

Abra el archivo RobotSoldador.sldasm

Agregue una relación de posición de trayecto para hacer que la punta del robot

siga la trayectoria. Para seleccionar la ruta use el botón gestor de selección,

seleccione los segmentos y acepte la ventana del gestor.



7 Prensa para tubos

Abra el archivo PrensaParaTubos.sldasm

Agregue una relación de tornillo para que al dar una revolución al mango la

quijada se mueva 3mm.

Agregue un motor de 50RPM al tornillo y simula para 20s

8 Tractor

Abra el archivo Tractor.sldasm

Haga que el tractor siga las splines del Croquis1. Use los puntos indicados. Uno

de los puntos puede correr libre por el croquis y el otro seguir un porcentaje.

9 Reductor de velocidades

En este ejercicio se va a construir un diseño preliminar de un reductor de

velocidades. Para ello se va a usar engranajes helicoidales de la librería

SolidWorks Toolbox. Primero vamos a examinar algunas características de los

engranajes helicoidales.



Engranajes helicoidales. Son similares a los engranajes rectos excepto que los

dientes están en un ángulo con el eje del engranaje. Un engranaje helicoidal

puede tener una dirección de hélice en mano izquierda o derecha, dependiendo

de a dónde se dirige la pendiente de los dientes al ver al engranaje de frente.

Los engranes helicoidales pueden operar a velocidades más altas que los

rectos y de manera más suave. A continuación se presentan algunas

parámetros:

Módulo: m

Número de dientes: Z

Angulo de hélice: t

Diámetro primitivo: D = m * Z / cos(t)

Con estas fórmulas y los datos siguientes se debe construir el siguiente

reductor de velocidades:

Para ello considere los valores para los engranajes:

A B C D

Módulo 3 3 3 3

Número de dientes

16 30 16 60

Dirección de hélice

Mano izquierda

Mano derecha

Mano derecha

Mano izquierda

Ángulo de hélice 20 20 20 20

Ángulo de presión 20 20 20 20

Anchura de cara 40 40 50 40

Tipo de cubo A A A A

Diámetro de eje Nominal

30 35 35 60

Ranura de chaveta Ninguna Ninguna Ninguna Ninguna

Calcule la distancia entre centros

Construya la el bloque con las siguientes medidas



La altura del bloque es de 125mm y el espesor de pared de 10mm

Los agujeros tienen los diámetros:

Los ejes de adelante y atrás miden 300mm de longitud

Construya un ensamble e inserte las piezas (también puede usar un ensamble

con piezas virtuales)

Agregue los engranajes.

Agregue relaciones de posición.

Simule para una velocidad de entrada (al piñón) de 500RPM, calcule las

velocidades para los demás engranajes y compruébelo graficándolas en

SolidWorks Motion.



2 PhotoView 360

2.1 Introducción

PhotoView 360 es la solución de visualización y renderizado de SolidWorks. Es un entorno altamente interactivo para ver los diseños así como para crear renderizados fotorealísticos que se pueden usar para mostrar sus diseños. PhotoView 360, basado en SolidWorks Intelligent Feature Technology (SWIFT), ayuda a usuarios CAD principiantes a conseguir resultados de expertos. Sus herramientas de renderizado progresivo simples de usar permiten fotorealísticamente renderizar una escena mientras que permite continuar trabajando en la misma escena, a diferencia de otros programas que fuerzan al usuario a esperar hasta que la escena está completa. PhotoView 360 se encuentra disponible en SolidWorks Professional o SolidWorks Premium. Es necesario cargar el complemento PhotoView, para ello vaya a la pestaña Poductos Office y en el botón SolidWorks Office active PhotoView.

Si hubiesen otros complementos activados desactívelos, no serán necesarios por el momento. Debe aparecer la barra Herramientas de renderizado:

Vamos a comenzar con un ejemplo. Abra la pieza Radio Linterna.sldasm



2.2 Vista preliminar

1 Active la Vista preliminar En la barra Herramientas de renderizado active Vista preliminar, haga la ventana lo más pequeña posible y colóquela en una esquina.

2.3 Agregar apariencias (color y textura)

Apariencias Una Apariencia define las propiedades visuales de un modelo, incluyendo el color y la textura. Las apariencias no afectan las propiedades físicas, que son definidas por los materiales. A cada material se asigna una apariencia predeterminada que emula el aspecto del material. Jerarquía de apariencias En una pieza, puede agregar apariencias a caras, operaciones, sólidos y a la pieza propiamente dicha. En un ensamblaje, puede agregar apariencias a componentes. Una jerarquía se aplica a apariencias, según el lugar del modelo donde se encuentren asignadas.

La apariencia de una cara se ve incluso si su operación padre tiene una

apariencia asignada.

La apariencia de una operación se ve incluso si su sólido padre tiene una

apariencia asignada.



La apariencia de un sólido se ve incluso si su pieza padre tiene una apariencia

asignada.

La apariencia de un componente (en ensamblajes solamente) reemplaza todas

las asignaciones de apariencias en las caras, las operaciones, los sólidos o las

piezas del componente.

Se pueden aplicar apariencias a nivel de componente (ensamblaje) o a nivel de

pieza, así una pieza puede tener una apariencia como pieza y otra apariencia

dentro de un ensamble.

Tanto los colores y texturas de apariencias se pueden editar.

2 Agregar una apariencia Vaya a la pestaña Apariencias, escenas y calcomanías. Abra la carpeta Apariencias (Color) / Plástico / Poco lustroso y arrastre la apariencia plástico blanco poco lustroso a la pieza Cuerpo.

Al arrastrar aparecerá la barra de jerarquía de apariencias. De clic en el ícono de ensamblajes.

3 Editar una apariencia De clic derecho en la pieza Cuerpo y dentro del botón Apariencias escoja el ícono de ensamblajes.



En Color escriba los valores 231, 15, 0 en Rojo, Verde y Azul respectivamente. Active el botón Avanzado y la pestaña Iluminación. Escriba o mueva el slider para un valor de Reflexión especular de 1.0 para hacer la apariencia más lustrosa. De clic en .

4 Agregar más apariencias Otra manera de agregar apariencias es usando el botón Editar la apariencia. De clic en este botón, borre Radio Linterna.sldasm de Geometría seleccionada y seleccione los componentes Porta reflector, Mango y Base.

Active la pestaña Apariencias, Escenas y Calcomanías en el lado derecho y seleccione Apariencias / Plástico / Texturado / PW-MT11245. En color seleccione Negro (el más inferior). Ingrese a la pestaña Iluminación y escriba 0 en Difusión, 0.2 en Reflexión especular, 0.005 en Reflectividad. Acepte.



5 Agregar apariencia metálica Agregue la apariencia Metal / Cromo / chromium plate a los componentes Barra1, Barra2, Barra3, Barra4. Acepte los valores por defecto.

6 Agregar apariencia plástica Agregue la apariencia Plástico / Poco lustroso / plástico negro poco lustroso a los componentes Mascara, Perilla1, Perilla2, switch, Porta parlante1, Porta parlante2. En color seleccione el color Negro más oscuro. Acepte.

7 Asignar una apariencia de espejo Asigne la apariencia Vidrio / Lustroso / espejo al componente Reflector. Debe seleccionar En nivel de documento de pieza, esto permitirá asignar luego la apariencia LED a algunas caras de la pieza Reflector, si se selecciona En nivel de componente la apariencia Espejo se aplicará a todas sus caras impidiendo aplicar apariencias diferentes a algunas de éstas.

8 Asignar un led Seleccione con la tecla Control las dos caras del led dentro del Reflector, de clic derecho y seleccione Cara del árbol de jerarquías. Asigne la apariencia Luces / LED / LED blanco. Vaya a la pestaña Iluminación y asigne 100 en Intensidad Luminosa.



2.4 Asignar apariencia desde un archivo

9 Asignar una apariencia desde un archivo Ingrese a Apariencias, borre la selección de Ensamble, la geometría seleccionada debe estar a nivel de pieza para que el cambio afecte a la pieza y se propague al otro parlante. Seleccione la pieza Parlante1. Dentro de ruta a la apariencia seleccione el archivo Parlante.jpg. De clic en Guardar cuando se le pida Guardar como y luego No en visibilidad de carpetas. Arrastre la esquina de la apariencia para redimensionarla.

Active Color y seleccione el plomo mostrado

Vaya a la pestaña Acabado superficial y asigne 4 en Intensidad de relieve, de esa manera se obtiene un relieve en vez de una superficie plana. Acepte.

2.5 Asignar calcomanías

10 Agregar una calcomanía a la máscara De clic en el botón Editar calcomanía, de clic al botón Examinar… y seleccione la imagen mascara.png. Active usar canal alfa de imagen de calcomanía. Vaya a la pestaña Asignación y seleccione Aplicar cambios en el nivel de documentos de pieza (No se recomienda hacerlo en nivel de componente).



Seleccione la cara frontal de la pieza Mascara. Si es necesario seleccione de nuevo hasta que aparezca la selección en el cuadro Entidades seleccionadas.

En Asignación escoja Etiqueta y escriba 270 en Rotación. Redimensione y mueva la etiqueta para ubicar el texto como se muestra.

Acepte el comando.

11 Aplicar más calcomanías Agregue las calcomanías a los componentes de acuerdo a la tabla: Calcomanía Componente Volumen Perilla1 Tuning Perilla2 Dial Cuerpo Logo Cuerpo (lado derecho) Logo Cuerpo (lado izquierdo) Lado derecho

Lado izquierdo



2.6 Aplicar una escena

12 Cambiar de escena Vaya al botón Aplicar escena y seleccione la escena Tienda de luz.

13 Activar luces en Photoview Abra la pestaña Display Manager, y active el botón Ver Escenas, Luces y Cámaras. Por defecto las luces Direccional1 y Direccional2 (y otras si las hubiera) están activadas en SolidWorks (por el botón ) pero desactivadas en PhotoView (por el botón ). De clic derecho en Direccional1 y seleccione Activar en PhotoView, repita para Direccional2. Así la escena tendrá más iluminación.

2.7 Opciones de renderizado

14 Editar opciones Ingrese al comando Opciones de la pestaña Herramientas de renderizado.



En tamaño seleccione 1024x768, Formato de imagen JPEG, Calidad de renderizado final Maxima, active Efecto Bloom (Agrega un efecto bloom en la imagen, lo cual genera un brillo alrededor de los objetos muy brillantes o reflectantes. El bloom sólo se percibe en el renderizado final, no en la vista preliminar.)

2.8 Agregar cámaras

15 Agregar una cámara Una cámara permite agregar perspectiva a una vista y se pueden usar en animaciones. Abra la pestaña Display Manager, y active el botón Ver Escenas, Luces y Cámaras. De clic derecho a Cámara / Agregar cámara.

Seleccione en Objetivo por selección la cara superior plana de la pieza Cuerpo.



En campo de vista seleccione Angulo 35mm de ancho. Acepte.

De clic derecho a Cámara1, desactive Bloquear cámara y active Vista de cámara.

16 Renderizado final De clic al botón Renderizado final.



17 Guardar la imagen resultante

De clic al botón Guardar imagen de la ventana Renderizado final.

2.9 Usar Estados de visualización

18 Cambiar de nombre a un estilo De clic al botón Mostrar panel de visualización.

De clic derecho a un área libre del panel de visualización y escoja Cambiar nombre de estado de visualización. Escriba Naranja y presione Enter.

19 Crear un nuevo estado de visualización. De clic derecho a un área libre del panel de visualización y escoja Agregar estado de visualización. Escriba Rojo y presione Enter.

De clic derecho a cuerpo, abra el botón Apariencias y seleccione el ícono con el color naranja.



Seleccione el color Rojo intermedio. En el panel Estados de visualización escoja Este estado de visualización.

20 Agregar otro Estado de visualización Repita el mismo procedimiento del paso anterior para crear un Estado Amarillo, con la pieza Cuerpo en color amarillo.

21 Activar un Estado de visualización De clic derecho al panel de Estado de visualización y seleccione Activar estado de visualización / Naranja y luego Rojo.

22 Cree nuevos renderizados Cree nuevos renderizados usando los estados de visualización antes creados.



23 Guarde su trabajo.

2.10 Renderizar animaciones

1 Abrir archivo Abra el archivo Casa.sldprt

2 Agregar una cámara Ingrese a la pestaña DisplayManager / Ver escena Luces y Cámaras. De clic derecho a Cámara y elija Agregar cámara.

Active Objetivo por selección y seleccione el Croquis3D2, escriba 1 en Distancia en Porcentaje. Active Posición por seleccion, seleccione el Croquis3D2, escriba 0 en



Distancia en Porcentaje. En Rotación escriba 0. En cociente Anchura/Altura seleccione 4:3. Acepte.

3 Modificar un estudio de movimiento Ingrese al Estudio de movimiento1, de clic derecho a Camara1 y elija Vista de Cámara.

Mueva el tiempo actual a 30s.

De clic derecho a Camara1 y elija Propiedades… Cambie los porcentajes 1 y 0 a 100 y 99 respectivamente. Acepte.

Reproduzca la animación.

4 Guardar la animación Oculte los planos y croquis. De clic al botón Guardar animación.

En tamaño de imagen escriba 800 x 600, Renderizador Pantalla de SolidWorks, 15

Fotogramas por segundo. De clic en Guardar, Cuando guarde el video y el programa

le pida un compresor, elija Fotogramas completos (sin comprimir).

Reproduzca la animación cuando termine.



5 Guardar renderizado De clic al botón Guardar animación, En tamaño escriba 300x225, 7.5 fotogramas por segundo. El renderizador es PhotoView. De clic en Guardar. Cuando el programa le pida un compresor, elija Fotogramas completos (sin

comprimir).

6 Renderizado final Para un renderizado final el tamaño es de 800x600, 25 fotogramas por segundo.


2.11 Ejercicios



Para las siguientes piezas haga renderizados salvando el resultado en un archivo.

Configure materiales, luces, escenas, calcomanías, etc.

Cuchillo.sldprt

Navaja.sldprt

Rueda.sldprt

Tacho.sldprt

Para los siguientes ensambles use el estudio de movimiento 1 que hay en cada

ensamble para generar una animación, guárdela como video.

Tractor.sldasm

Motor V8.sldasm

Para mejorar la calidad del video puede hacer lo siguiente:

En Opciones de PhotoView vaya a Calidad de renderizado final / Máxima.

En un estudio de movimiento use el botón propiedades de estudio de

movimiento. Configure Tramas por en 25-30 cuadros por segundo como

máximo, recalcule la simulación.

Cuando guarde la animación en archivo configure el número de fotogramas por

segundo en el mismo valor que usó en Tramas por.

En la misma ventana, en tamaño de imagen escoja un tamaño más grande.

Cuando guarde el video y el programa le pida un compresor, elija Fotogramas

completos (sin comprimir).



3 SolidWorks Simulation 3.1 Introducción

Una pregunta usualmente planteada en los problemas de ingeniería es: ¿Cómo

responderá el Sistema a una Acción predeterminada?. Teniendo en cuenta que el

sistema y la acción pueden ser una estructura y un conjunto de cargas, un elemento

disipador y una fuente de calor, etc.

Para describir la respuesta de sistemas simples se pueden emplear ecuaciones que

representan las relaciones entre las variables del mismo. Al solucionar tales

ecuaciones se obtiene una solución analítica. Pero muchas veces los sistemas

encontrados en la práctica son de una complejidad tal que abordarlos por este

método suele ser muy difícil. Ante esto han aparecido técnicas matemáticas que

dividen los sistemas en partes pequeñas, a los que se aplican ecuaciones sencillas.

Estas ecuaciones se combinan y resuelven y se obtiene el resultado del problema.

Esta es una solución numérica. Un método numérico es el método de elementos

finitos (FEM), el cual es adecuado para su uso en una computadora y es aplicado

frecuentemente en el análisis de estructuras. Luego del estudio se puede emplear

un criterio de falla para determinar si la estructura fallará o no ante en las

condiciones expuestas.

3.2 Pasos del análisis

Aunque en el mercado hay muchos programas capaces de usar el FEM para la

solución de problemas, se pueden agrupar los pasos para realizar el análisis como

sigue:

1. Realización de un modelo. Lo cual conlleva a definir su geometría.

2. Definición de un estudio. Que comprende definir:

i. Tipo de análisis (estático, térmico, en frecuencia, etc)

ii. Material.

iii. Conjunto de cargas y restricciones.

iv. Enmallado.

3. Visualización e interpretación de resultados.

4. Si el modelo no satisface las expectativas, se puede regresar al paso 1.



En este caso se van a usar los programas Simulation y SolidWorks. En SolidWorks se

define el modelo (Paso 1), mientras que en Simulation se realiza el estudio (Paso 2).

Simulation se integra bastante bien dentro de SolidWorks, logrando que la obtención

de resultados sea algo bastante sencillo.

Active SolidWorks Simulation: Vaya a la pestaña Productos Office / SolidWorks Office

y active SolidWorks Simulation:

3.3 Análisis de piezas

1 Abrir Archivo

Abra el archivo Base.sldprt

2 Asignar material

Clic derecho en Material (sin especificar) y asígnele el material Acero / AISI 304



3 Crear un nuevo estudio

Vaya a la pestaña Simulation y de clic en la flecha inferior del botón Asesor de

estudios y escoja Nuevo estudio

Escoja el estudio Estático y de clic en Aceptar

4 Añadir sujeciones


Sujeciones y escoja Geometría Fija

Escoja la cara indicada (gire la vista en caso de ser necesario) y acepte



5 Añadir cargas


Cargas y escoja Fuerza

Seleccione la cara indicada y asigne un valor de 100N, invierta la dirección



6 Crear el enmallado

Vaya a la pestaña Simulation y de clic en la flecha inferior del botón Ejecutar y escoja

Crear malla, acepte los valores por defecto.

7 Ejecutar el estudio

De clic al botón Ejecutar

Se muestran los esfuerzos de Von Mises en una escala de colores:



8 Cambiar unidades

De clic derecho en Resultados / Tensiones y seleccione Editar Definición

Cambie las unidades a MPa y en Forma deformada seleccione Automático, Acepte.

9 Criterio de falla de Von Mises

Se usa el criterio de Von Mises para encontrar fallas en el modelo estudiado.

Esfuerzo de Von Mises = VM

Limite Elástico = LE

Factor de Seguridad = FS = LE / VM

Si:

VM es menor que LE entonces la deformación es elástica (FS mayor a 1).

VM es mayor que LE entonces la deformación es plástica (FS menor a 1).

VM es igual que LE entonces estamos al inicio de deformación plástica (FS igual a 1).



Ya que el Esfuerzo de Von Mises varía en cada punto de la pieza, también lo hará el

Factor de Seguridad. Se debe buscar los puntos donde VM sea máximo o FS mínimo,

estos son los puntos críticos.

10 Iso-Superficies

En el ejemplo se pueden aislar los puntos críticos, dando clic derecho a Tensiones1 y

escogiendo Iso-Superficies

Puede mover el slider para modificar el Valor Iso y los volúmenes que tienen un

esfuerzo mayor o menor al Valor Iso. Al terminar cancele el comando.

11 Medir desplazamientos

De doble clic a Desplazamientos1, aparecen los desplazamientos en mm.



12 Definir la gráfica de Factor de Seguridad

De clic derecho en la carpeta Resultados y seleccione Definir trazado de factor de

seguridad...

Acepte las opciones por defecto, se debe prestar atención al FS mínimo.

13 Modificar las cargas

De clic derecho en Fuerza-1 y seleccione Editar definición..., cambie el valor a 10000 y

Ejecute el estudio.



14 Comprobar el Factor de Seguridad

De doble clic a Factor de Seguridad1(-FDS-)

15 Modificar la geometría

Regrese a la pestaña Modelo y Modifique la operación Saliente-Extruir1 a 15mm de

Profundidad.

16 Rehacer el Estudio

Regrese a la pestaña Estudio 1 y en la barra Simulation de clic a Ejecutar



17 Compruebe el FS

Se ha mejorado el FS de 4.7 a 6.9. Un mayor FS indica un diseño más seguro pero no

debe ser demasiado alto, esto significaría que el diseño está sobredimensionado y

por tanto es mas costoso y pesado de lo necesario.

18 Animar Resultados

Active la gráfica de Tensiones usando doble clic y luego de clic derecho sobre la

misma, seleccione Animar.

19 Grabar la animación

Detenga la animación usando el botón Detener, asigne 20 en Cuadros, active Guardar

como Archivo AVI y de clic en Reproducir. El video aparecerá en la carpeta

Placa\Placa-Estudio 1. Acepte el comando Animación.

3.4 Análisis de Soldaduras y pernos

1 Abrir Archivo

Abra el archivo Base de Poste.SLDPRT, ya contiene el material Acero Aleado.



2 Crear un estudio

Cree un estudio Estático

3 Asigne espesor

Usando la tecla Shift seleccione la primera y última superficie dentro de la carpeta

de superficies del estudio. De clic derecho y escoja Editar definición...

Escoja el tipo Grueso (si el espesor excede el 5% de las dimensiones de las placas,

en caso contrario usar Delgado) y 5mm en Espesor de elementos SHELL.

4 Añadir soldadura

En la barra Simulation, abra la flecha debajo del Asesor de conexiones y escoja

Soldadura de arista.



En tipo escoja Redondeo, de doble lado. Seleccione la cara triangular en Conjunto de

caras1, la cara plana cuadrada en Conjunto de caras2, cambie el tamaño de

soldadura a 0.5in, acepte los demas valores por defecto.

5 Añadir otra soldadura

Ingrese nuevamente al comando Soldadura de arista y en tipo escoja Redondeo, de

doble lado. Seleccione la cara triangular en Conjunto de caras1, la cara del cilindro

en Conjunto de caras2, cambie el tamaño de soldadura a 0.5in, acepte los demás

valores por defecto.



6 Añada más soldaduras

De la misma manera añada las soldaduras restantes (6) a las demás placas. Puede

mantener abierto el comando haciendo clic en el botón Mantener visible.

7 Añada un contacto Unión rígida

Ingrese al comando Conjunto de contactos.

Seleccione Unión rígida en Tipo, la arista circular del tubo en Caras, aristas o

Vértices para Set1, la cara plana cuadrada en Caras, aristas o Vértices para Set2.

Acepte.



8 Suprima el contacto por defecto

Al haber agregado los contactos de soldadura y unión rígida, ya no es necesario el

contacto global Unión rígida. De clic derecho en Escenarios de contacto / Contacto-1

y escoja Suprimir.

9 Añadir Pernos

Entre al Asesor de conexiones y escoja Perno

Asigne lo siguiente:

En tipo Tornillo de fundación. En arista circular, la arista circular de un agujero de la

placa cuadrada. En plano de destino el Plano2.

Active Datos de resistencia y escoja Zona del límite de tensión calculada, 5 roscas /

pulgada, 4500 kgf/cm^2 en resistencia del perno.



Escriba una precarga de 100N-m. Active el botón mantener visible y asigne los

demás pernos.

10 Pared virtual

Entre al comando Escenarios de contacto, escoja en Tipo Pared virtual, escoja la

cara plana cuadrada en Caras, aristas o Vértices para Set1 y Plano2 en Plano de

destino. Acepte las demás opciones.

11 Agregue una carga

Ingrese al Asesor de cargas y seleccione Fuerza



Seleccione la arista circular superior del cilindro en Caras, aristas, vértices o puntos

de referencia para Fuerza. Active Dirección seleccionada y seleccione la arista lineal

en Z de la base. Active el botón Fuerza y escriba 5000 en A lo largo de la arista.

12 Ejecute el estudio

De clic al botón Ejecutar, el enmallado se hará de manera automática para luego

correr el estudio.



13 Factor de Seguridad

Agregue la gráfica de Factor de Seguridad, aísle las zonas críticas usando la opción

de Iso-Superficies (FDS min = 1.3).

14 Comprobar Soldaduras

De clic derecho a la carpeta Resultados y seleccione Definir trazado de

comprobación de soldadura.



Las soldaduras que no resisten se muestran en rojo y los que sí en verde.

15 Comprobar pernos

De clic derecho a la carpeta Resultados y escoja Definir trazado de comprobación de

perno/pasador...

Los pernos que resisten se muestran en verde, los demás en rojo.



16 Mejorar el Factor de Seguridad

Ya que la placa horizontal muestra el factor de seguridad más bajo, se intentará

mejorar éste incrementando el espesor.

De clic derecho en la primera superficie de la lista y seleccione Editar definición...

Asigne un espesor de 10mm.

17 Modifique el plano de pared virtual

El plano de pared virtual debe quedar a una distancia de la mitad del espesor de la

placa que está apoyando. Por tanto cambie la distancia del Plano2 de 2.5 a 5mm.

18 Correr el estudio

Corra el estudio de nuevo, verifique el nuevo FS = 3.5 (el anterior era 1.3)

19 Salve su trabajo

3.5 Análisis de superficies y chapa metálica

1 Abrir archivo

Abra el archivo silla de plastico.SLDPRT. Se va a analizar esta silla para comprobar

si resiste un peso de 1000N (aproximadamente 100Kg) de carga vertical. Al ser la

pieza simétrica se analizará 1/4 de la misma.

2 Abrir archivo



Abra el archivo SILLA 1_4.SLDPRT. Se ha suprimido el espesor y se analizará como

superficie. La pieza ya tiene el material Nailon 101.

3 Crear un estudio

Cree un estudio estático.

4 Asignar espesor

De clic derecho a la superficie SILLA 1_4 y seleccione Editar definición...

Seleccione Grueso con un espesor de 3mm

3.6 Análisis de piezas simétricas

5 Restricciones de simetría

Ingrese al botón Asesor de sujeciones / Sujeciones avanzadas

Seleccione las 3 aristas inferiores de la pieza dentro de Caras, aristas o vértices para

sujeción. El Plano Alzado en Cara, Arista, Plano o Eje para Dirección. Active el botón

A lo largo del plano Dir. 2 y asigne 0mm como valor. Acepte.



6 Añada más restricciones

Ingrese nuevamente al comando Sujeción, seleccione las 4 aristas de la izquierda y

el plano Alzado. Active el botón A lo largo del plano Dir.1 y asigne 0mm.



7 Más restricciones

Ingrese nuevamente al comando Sujeción, seleccione las 4 aristas de la derecha y el

plano Alzado. Active el botón Normal al plano y asigne 0mm.

8 Asignar Fuerza

Entre al comando Fuerza, seleccione la cara indicada, con un valor de 250N de

Fuerza normal (es 1/4 del total)

9 Crear malla



En este ejemplo será necesario modificar las opciones de mallado. De clic derecho

Malla y seleccione Crear malla...

Active Parámetros de mallado y Malla basada en curvatura, el mallador crea más

elementos en zonas de mayor curvatura automáticamente.

10 Ejecute el estudio

Cuando aparezca la ventana de Grandes desplazamientos, haga clic en Sí. La

solución para grandes desplazamientos es necesaria cuando la deformación

obtenida altera significativamente la rigidez (capacidad de la estructura para resistir

cargas). La solución para desplazamientos pequeños supone que la rigidez no

cambia durante la carga. En cambio, la de grandes desplazamientos supone que la

rigidez cambia durante la carga, por lo tanto, aplica la carga a cada paso y actualiza

la rigidez para cada paso de la solución.



11 Verifique los desplazamientos

Active la gráfica de desplazamientos (Desplazamiento máximo = 19.3mm)

12 Verifique el factor de seguridad

Cree la gráfica de Factor de seguridad

13 Mejorar el factor de seguridad



Abra el archivo SILLA CON NERVIOS.SLDPRT. Esta versión contiene nervios que

ayudan a darle mayor rigidez a la parte superior de la silla.

14 Crear un estudio

Cree un estudio Estático.

15 Asignar espesor

Asigne un espesor de 3mm (Grueso) a ambas superficies.

16 Restricciones de simetría

Aplique las restricciones de simetría de la misma manera como se hizo en el

ejemplo anterior, incluya las aristas de los nervios en los lados izquierdo y derecho.

17 Mallado y Fuerza

Use la malla basada en curvatura y la fuerza de 250N

18 Establecer contactos entre superficies

Hay que establecer el contacto entre las caras de la silla y los nervios. De clic

derecho a Conexiones y seleccione Contactos...

En Tipo seleccione Unión rígida, en Caras, aristas o Vértices para Set1 seleccione las

aristas de los nervios que están en contacto con las caras de la silla. En Caras para

Set2 seleccione las caras de que están en contacto con las aristas anteriores.



19 Correr el estudio.

Corra el estudio, compruebe el Factor de seguridad (12) y el desplazamiento máximo

(3mm).

20 Minimizar el peso

A fin de reducir el peso y comprobar la resistencia de la silla se creará un nuevo

estudio, duplicando el anterior. De clic derecho al Estudio1 y seleccione Duplicar. El

nombre del estudio será Delgado.

21 Editar definición de superficie

Edite la definición de la superficie de la silla a 2.5mm, deje el nervio en 3mm.

22 Correr el estudio.

Corra el estudio, compruebe el Factor de seguridad (8.7) y el desplazamiento máximo

(4.5mm).

23 Salve su trabajo.



3.7 Análisis de ensambles

1 Abrir archivo

Abra el archivo MONTAJE DE CILINDRO HIDRAULICO.SLDASM. Cree un estudio

estático. Suprima el Contacto global (-Unión rígida-) y Active una vista de sección.

2 Añadir contactos

De clic derecho a Conexiones y elija Contactos...

En tipo elija Sin penetración. Seleccione las 2 caras en forma de anillo con agujeros

que están en los componentes CILINDRO ARM 5500 y TAPA DE SALIDA DE VASTAGO

ARM EX 5500 en Caras para Set1 y Caras para Set2 respectivamente.



3 Añadir más contactos

Agregue un contacto Sin penetración entre las caras en forma de anillo de los

componentes EMBOLO DE CILINDRO HIDRAULICO ARM y TAPA DE SALIDA DE

VASTAGO ARM EX 5500.

4 Agregar pernos

Vaya al comando Pernos. En tipo seleccione Tornillo estándar o refrentado. En Arista

circular de taladro de cabeza de perno seleccione la arista de cualquier taladro.

Active Datos de resistencia y escriba 11 roscas/pulg en paso. La resistencia del perno

es 6.204e+008 N/m^2. Factor de seguridad es 2. La precarga es del tipo Torsor con

2461 N-m. Acepte. En el cuadro de diálogo de clic en Sí para agregar esta

configuración a todos los pernos.



5 Agregar presión

Ingrese al comando presión. Seleccione las caras internas de los componentes

CILINDRO ARM 5500 y EMBOLO DE CILINDRO HIDRAULICO ARM. La presión de

trabajo es 1500psi.

6 Añadir una restricción

Añada una restricción Fijo a la cara seleccionada.



7 Enmallar y correr el estudio

Enmalle usando una malla basada en curvatura, ejecute el estudio y verifique los

puntos críticos.

8 Salve su trabajo.

3.8 Optimización automática de forma y Estudios de diseño

1 Abra el archivo

Abra el archivo Bandeja. Se optimizará la forma para que resista una carga de 750N,

con un Esfuerzo máximo de Von Mises de 200MPa. El objetivo es minimizar el peso.

2 Ubicar una carga en parte de una cara

Croquice lo siguiente en la cara superior del modelo. Cierre el croquis.



3 Partir una cara usando Envolver

Vaya al comando Insertar / Operaciones / Envolver. Seleccione el último croquis, elija

la opción Inscribir y seleccione la cara superior de la chapa. Acepte.

4 Crear un nuevo estudio

Cree un nuevo estudio estático. Observe que la chapa es tratada como una superficie

con un espesor no editable. Agregue sujeciones Fijo a los agujeros y una carga de

150N normal a la cara mostrada. Corra el estudio.

5 Crear un estudio de diseño

En la parte inferior de clic derecho a cualquier pestaña y seleccione Crear nuevo

estudio de diseño.



6 Añadir variables

Abra la lista de variables y seleccione Agregar parámetro

En Nombre escriba Alto1 y seleccione la cota de 225. De clic en Aplicar. Haga lo

mismo con la cota de 85 (Alto2) y la cota de 75(Pestaña)

Al final debe tener las 3 variables dentro de la lista Parámetros. Cancele Agregar

parámetros y acepte Parámetros.

7 Lista de variables

Agregue las 2 variables restantes, observe los valores por defecto de Mín, Máx y

Paso.



8 Agregar Restricciones

Abra la lista de restricciones y de clic en Agregar sensor...

En Tipo de sensor escoja Datos de simulación, acepte los valores por defecto.

En Restricciones agregue Tensión1, seleccione Es menor que y en valor escriba

200MPa.

9 Agregar Objetivos

En Objetivos seleccione Agregar sensor...

En Entidades para controlar seleccione cualquier cara del sólido. Acepte.

En Objetivos seleccione Masa1 con la opción Minimize.



10 Ejecutar

De clic al botón Ejecutar (Si no aparece disponible desactive y active la opción

Optimización)

Comienza la optimización (29 escenarios).

11 Solución óptima

Luego de varias iteraciones Simulation encuentra la solución óptima.


3.9 Ejercicios

Ejercicio 1

1 Abra la pieza Llave T.

Asigne el material Acero inoxidable al cromo.



2 Partir caras.

Parta las caras usando el croquis

3 Crear estudio.

Cree un estudio considerando las caras internas del agujero (6) fijas y fuerzas

opuestas de 300N.

4 Resultados

Calcule el factor de seguridad y el desplazamiento máximo

5 LLave L



Abra la pieza LLave L. Con este croquis parta las caras:

6 Estudio

Cree un estudio similar al ejemplo anterior con una fuerza de 300N

7 Comparar resultados.

¿En qué caso el factor de seguridad es mayor?

¿Donde es mayor el desplazamiento?

¿Cuál diseño es mejor?

Modifique los modelos para que tengan un FS de al menos 1.25 (Sugerencia: varíe el

diámetro de las varillas)

Ejercicio 2

1 Abrir archivo

Abra el archivo Biela. Aplique el material AISI 1020 y use el comando Línea de

partición para partir las caras cilíndricas de los apoyos.



2 Crear estudio

La cara superior del apoyo inferior es fija. La cara inferior del apoyo superior soporta

una carga de 5000N hacia abajo.

3 Resultados.

Encuentre el FS y el máximo desplazamiento.

4 Optimizar forma

Cree un estudio de diseño para variar las cotas de 4.5mm y el espesor de nervio

central de 3mm para obtener un FS = 5 (O equivalentemente un Esfuerzo de Von

Mises = Límite elástico / FS), considerando como objetivo reducir el peso.

Ejercicio 3

1 Abrir archivo

Abra el archivo Plataforma.SLDPRT. Cree un estudio estático.

2 Crear estudio

Cree un estudio estático (Sugerencia: emplee un cuarto de la pieza y use la simetría),

las caras inferiores no pueden moverse en la dirección vertical. La fuerza es de

40kN. El espesor de todas las placas es de 5mm (Grueso).

3 Resultados

Encuentre lo siguiente:

El FS y la deformación máxima.

¿Cuáles son las vigas más afectadas?



Haga los cambios necesarios al modelo para que pueda resistir una carga de 100kN

con un FS = 3.

Ejercicio 4

1 Abrir archivo

Abra el ensamble Soporte articulado.sldasm. Aplique el material acero aleado a

todos los componentes.

2 Estudios de simulación

Cree un estudio de simulación considerando que los agujeros de Base son fijos y que

entre las piezas Base y Brazo hay un conector tipo pasador. La carga es de 100N.

También hay un pasador entre las piezas Bandeja y Brazo



3 Resultados

Encuentre el FS y máxima deformación.

4 Otras posiciones

Encuentre los resultados del paso 3 para estas posiciones. Puede usar las

configuraciones ya existentes.



4 SolidWorks Flow Simulation

4.1 Introducción

SolidWorks Flow Simulation está basado en técnicas de dinámica computacional de

fluidos (CFD) y análisis térmico, totalmente integradas en SolidWorks que permiten

resolver lo siguiente:

Análisis de transferencia térmica de radiación entre superficies a alta

temperatura. Posibilidad de calcular también la radiación solar.

Análisis de flujo de líquidos y gases en el interior de válvulas, reguladores y

conductos.

Análisis de estructuras giratorias de referencia para la comprensión de los

flujos giratorios complejos de determinada maquinaria (ej. bombas y

propulsores).

Análisis de flujo momentáneo para simulación de flujo no constante a lo largo

del tiempo.

Análisis de transferencia térmica por conducción y convección.

Otras funciones de simulación de flujos:

Análisis de flujo externo de líquidos y gases alrededor de cuerpos sólidos (por

ejemplo, el flujo de aire que rodea el ala de un avión o el flujo de agua que

rodea a un submarino).

Análisis de flujo turbulento para ilustrar turbulencias de dominios de flujo (por

ejemplo, de los gases del inyector del motor de una aeronave).

Simulación real de gases que permita solucionar con precisión las

aplicaciones con gases a alta presión o a baja temperatura.

Completo análisis de flujo para flujos de gases en áreas de velocidad

subsónica, transónica y supersónica.

Cálculo de descensos de presión en tuberías mediante valores de rugosidad de

superficies.

Optimización de diseños mediante parámetros dimensionales y de flujo

basados en CFD.

Análisis de flujo de fluidos no newtonianos (sangre, dentífrico o plásticos

derretidos).

Análisis de flujos en pared móvil para el estudio de flujos relativos a una

estructura móvil de referencia.



Análisis de cavitación para la identificación, en un modelo, de las áreas en las

que se producirá cavitación.

Análisis de humedad orientado al cálculo de la humedad relativa en entornos

cerrados para aplicaciones de control climático.

Dominio computacional

Flow Simulation analiza la geometría del modelo y genera automáticamente un

dominio computacional en la forma de un prisma rectangular que incluye el modelo.

Los planos del dominio computacional son ortogonales a los ejes de coordenadas

globales del sistema. Usted puede cambiar el tamaño manualmente o redefinir el

dominio computacional utilizando varias opciones:

Cambiar las dimensiones del dominio computacional.

Especificando planos de simetría.

Especificando condiciones de contorno periódicas.

Cambiando a un análisis en 2D.

Flow Simulation proporciona resultados precisos independientemente de la

complejidad del modelo. Para flujos internos el requisito de modelado es que todas

las aberturas del modelo debe ser cerrados con tapas. Esto es necesario porque las

condiciones de contorno de flujo de simulación en las entradas y salidas deben ser

definidas en superficies en contacto con el fluido. Las tapas ofrecen estas superficies

de contacto con el fluido en las entradas y salidas. Puede crear tapas como

operaciones Extruir en una parte o como componentes separados en un ensamble.

Para los flujos externos, las condiciones de frontera lejana se especifican en los

límites del dominio computacional. Puede reducir el tiempo de CPU para el cálculo

del campo de flujo mediante el Component Control (una herramienta del programa)

para simplificar el modelo.

Condiciones iniciales y de contorno

Antes de iniciar el cálculo, debe especificar las condiciones de contorno y

condiciones iniciales para el campo de flujo. Para los flujos externos, las condiciones

de contorno de campo distante se especifican en el dominio computacional. Para los

flujos internos, las condiciones de contorno se especifican en el modelo, las entradas

y salidas (ver condiciones de frontera).

Las condiciones de Frontera transferidas permiten usar los resultados de cáculos



previos (que pueden haber sido realizadas en otro proyecto) como condiciones de

frontera. Este tipo de condición de frontera puede ser especificado en las fronteras

de un dominio computacional para flujos internos o externos. Esto puede servir para

no tener que construir tapas en caso de fluidos internos.

En cuanto a las condiciones iniciales, usted puede especificar manualmente en el

Wizard, en la configuración general, especificar de forma local con las condiciones

iniciales el cuadro de diálogo, o tomar los valores para ellos de un cálculo anterior.

Mallado

Luego de la creación automática de dominio y algunos ajustes manuales, Flow

Simulation genera automáticamente una malla computacional.

Como alternativa, puede especificar los parámetros que rigen la malla

computacional inicial La malla se denomina inicial, ya que puede ser posteriormente

refinada en el cálculo.

La malla se crea mediante la división del dominio computacional en rodajas, que se

subdividen en celdas rectangulares. A continuación, las células de malla son

refinados como sea necesario para resolver adecuadamente la geometría del

modelo.

Resolver

Flow Simulation discretiza las ecuaciones de Navier-Stokes dependientes del tiempo

y los resuelve en la malla computacional. Bajo ciertas condiciones, para resolver la

solución, Flow Simulation automáticamente refinará la malla computacional en el

cálculo de flujo.

Debido a que Flow Simulation resuelve los problemas de estado estacionario

mediante la solución de ecuaciones dependientes del tiempo, Flow Simulation tiene

que decidir cuándo una solución de estado estacionario se obtiene (es decir, la

solución converge), por lo que el cálculo se puede detener. Flow Simulation ofrece

alternativas diferentes de terminar el cálculo. Para obtener resultados que son

altamente confiables desde el punto de vista de ingeniería, puede especificar algunos

de los Objetivos de ingeniería, tales como presión, temperatura, fuerza, etc, en

puntos específicos, y / o en superficies seleccionadas, y / o en los volúmenes

seleccionados, y / o en el dominio computacional. Usted puede monitorear sus



cambios en el cálculo y pedirle a Flow Simulation su uso como una condición de

terminar el cálculo.

Junto con los objetivos también puede utilizar otras condiciones de acabado. Durante

el cálculo se puede ver los resultados preliminares en los planos seleccionados.

También puede detener el cálculo en cualquier momento, y continuar el cálculo

posteriormente.

Activar SolidWorks Flow Simulation

Vaya al menú Herramientas / Complementos, active el complemento.

4.2 Análisis de flujo interno

1 Abrir archivo

Abra el archivo Valvula.sldasm (Si desea variar el ángulo de la palanca varíe u

suprima la relación de posición Angulo1).



2 Crear un nuevo Proyecto

Vaya a la barra Flow Simulation y escoja Wizard.

Dé como nombre Proyecto1, presione Next.

3 Escoger un sistema de unidades

Escoja SI como el sistema de unidades. Clic en Next.



4 Tipo de análisis

Escoja el tipo Internal, seleccione Exclude cavities without flow conditions, no

selecione nada en Physical Features.

5 Tipo de fluido

Abra Liquids, seleccione Water y de clic en el botón Add. Clic en Next.



6 Condiciones de pared

Deje la opción para condición térmica por defecto de pared en Adiabatic Wall y

Roughness en 0.

7 Condiciones iniciales

Clic en Next para aceptar las condiciones iniciales por defecto.



8 Resultados y resolución de geometría

Acepte el tamaño de malla por defecto (a mayor número la malla será más fina)

9 Ocultar el dominio computacional

De clic derecho a Computational Domain y elija Hide.

10 Condiciones de Frontera



Es necesario especificar una o más condiciones de frontera, las cuales pueden ser

condiciones de Presión, Flujo de masa, Flujo volumétrico o Velocidad.

De clic derecho a Boundary Conditions y elija Insert Boundary Condition…

De clic derecho a la tapa frontal Tapa1 y del menú elija la cara interna de la tapa, que

está en contacto con el fluido.

En tipo escoja Flow Openings, elija Inlet Mass Flow y escriba un flujo de masa de

0.5kg/s. Acepte.



11 Agregue otra condición de frontera

Agregue otra condición de frontera seleccionando la cara interior de Tapa2, dando

clic derecho y seleccionando Seleccionar otra

En Type seleccione Pressure Openings, seleccione Static Pressure, acepte el valor

por defecto (Presión atmosferica).

12 Añadir Objetivos de Ingeniería

Se añaden Objetivos de Ingeniería para que el programa se enfoque en obtener

soluciones precisas de estos resultados, al momento de resolver las ecuaciones

hasta que las soluciones converjan.

De clic derecho a Goals y seleccione Insert Surface Goals…



En la parte superior Active la pestaña Flow Simulation analysis tree y seleccione

Inlet Mass Flow 1. En Parameter active Av para Static Pressure.

13 Obtener una solución

Clic en el botón Run de la barra Flow Simulation

Clic en Run. Al terminar cierre la ventana del Solver.



14 Ajustar la transparencia del modelo

Clic en Flow Simulation, Results, Display, Transparency. Establezca el valor en 0.75

aproximadamente.

15 Insertar una gráfica de corte

De clic derecho a Cut Plots, Insert…

Seleccione el plano de Planta, OK.



16 Cambiar el valor a mostrar

Puede cambiar el valor desplegando la lista bajo la gráfica y dando clic en OK.

17 Cambiar las opciones de gráfica

De clic derecho a Cut Plot 1, seleccione Edit Definition…

Agregue Vectors, pude modificar la densidad de vectores con el slider.

18 Añadir gráficas de superficies.



De clic derecho en la sobre Cut Plot 1 y elija Hide. De clic derecho en Surface Plots y

elija Insert…

Active Use all faces, acepte. Si es necesario cambie el tipo de gráfica a Pressure.

19 Añadir gráficas Isosurface

Una gráfica Isosurface muestra las superficies donde cierta variable toma cierto

valor ajustable. De clic derecho a Isosurfaces, clic en Show. Oculte la gráfica Surface

Plot 1 y de clic derecho en Results, escoja View Settings…

Arrastre el slider, de clic en la regla para agregar otro parámetro (Arrastre un slider

hacia el extremo izquierdo o derecho para eliminarlo). Clic en OK.

Se muestra la gráfica. De esta manera se puede observar donde el fluido toma cierto

valor en presión, velocidad, temperatura u otro parámetro.



De clic derecho a Isosurfaces / Hide.

20 Añadir Trayectorias de fluido

De clic derecho a Flow Trajectories / Insert…

Abra la pestaña Flow Simulation analysis tree, seleccione Inlet Mass Flow1, escriba

50 en Number of trajectories. Escoja Lines en Draw Trajectories as.

21 Animar las trayectorias



De clic derecho a Flow trajectories 1 / Edit definition… Cambie Draw Trajectories as

Arrows (Flat) y Cross size a 0.001m.

De clic derecho a Flow trajectories 1 / Animate…

De clic al botón Play.

22 Guardar la animación

De clic al botón Record y luego en Browse. La animación se guarda como Animation

1.avi. Clic en OK. Oculte Flow Trajectories 1.

23 Añadir una gráfica XY

Clic derecho en XY Plots / Insert… Seleccione Croquis1 y active Pressure y Velocity en

Parameters. Clic en OK.

Aparecen las gráficas de Velocidad, Presión y los datos numéricos en Excel. Los

datos se grafican siguiendo la trayectoria del croquis.



24 Parámetros de superficie.

Se usan Parámetros de superficie para determinar el valor de parámetros como

presión o temperatura en ciertas partes del modelo en contacto con el fluido. De clic

derecho a Surface Parameters / Insert…

Seleccione Inlet Mass Flow 1 en Selection y en Parameters elija All. Clic en Evaluate.

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

0 0.1 0.2 0.3

Ve

loci

ty (

m/s

)

Length (m)

Valvula.sldasm [Proyecto1]

Croquis1@Line1@Line2@Line3_1

100500

101500

102500

103500

0 0.1 0.2 0.3

Pre

ssu

re (

Pa)

Length (m)

Valvula.sldasm [Proyecto1]

Croquis1@Line1@Line2@Line3_1



De aquí se puede obtener la caída de presión en la válvula

103.5 – 101.3 kPa = 2.2kPa

Así como la velocidad de entrada 0.16 m/s. También puede exportar la tabla con el

botón Excel.

4.3 Evaluar el impacto de las variantes de diseño

25 Agregar una variante de diseño en el modelo

Se va a modificar la geometría de una de las piezas para observar su influencia en el

flujo de agua. Para ello se va a agregar un nuevo proyecto y se agregará una

configuración a la pieza. Vaya a la pestaña Configuration Manager, de clic derecho a

Valvula Configuraciones y escoja Agregar configuración…



En nombre de configuración escriba Proyecto2. Acepte.

26 Agregar una configuración de pieza

Abra la pieza Palanca.sldprt. Vaya a la pestaña Configuration Manager y agregue una

configuración Redondeo.

27 Agregar un redondeo

Agregue un redondeo de 2mm en la cara seleccionada.

28 Activar la configuración de pieza en el ensamble

Salve la pieza, regrese al ensamble. De clic derecho a la pieza Palanca y seleccione

Propiedades de componente.

Active la configuración Redondeo 2mm y acepte.



29 Clonar un proyecto

Active el Proyecto1 dando doble clic en su nombre dentro del Configuration Manager.

De Sí a los mensajes que aparecen.

Vaya a la pestaña Flow Simulation analysis tree y de clic derecho al Proyecto1, elija

Clone Project…

Seleccione Add to existing y en Existing configuration seleccione el Proyecto2. OK.

30 Resolver el proyecto

En la barra Flow Simulation de clic en Run.

31 Evaluar la nueva caída de presión



Use Surface parameters para hallar la nueva presión de entrada. La caída de presión

será:

102.6 – 101.3 kPa = 1.3kPa (menor que la anterior)

32 Analizar una variante de diseño en Flow Simulation

Active el Proyecto1. Clone el Proyecto1 dando como nombre Proyecto3

33 Modificar el caudal de entrada

De clic derecho a Inlet Mass Flow 1 / Edit Definition…

Cambie el caudal de 0.5 a 0.75kg/s

34 Resolver el proyecto

En la barra Flow Simulation de clic en Run.

35 Evaluar la nueva caída de presión

Use Surface parameters para hallar la nueva presión de entrada. La caída de presión

será:

104.2 – 101.3 kPa = 2.9kPa (mayor que la anterior)

36 Salve su trabajo

4.4 Análisis de un intercambiador de calor

1 Introducción

En este ejemplo se analizará un intercambiador de calor. Se analizará las

temperaturas y los patrones de fluido. Un tema importante es el cálculo de la

efectividad del intercambiador, la cual se puede definir como:

(1)



Para calcular la máxima transferencia de calor se debe encontrar cual es el fluido

que presenta menor valor de:

(2)

Donde es el flujo de masa y es el calor específico del fluido. El fluido con el

menor valor de C es considerado el fluido mínimo. En general una manera de

expresar la efectividad es:

(3)

2 Abrir archivo

Abra el archivo Intercambiador.sldasm. Se creará un proyecto que tenga las

características de presión y temperatura de la figura. Se desea conocer las

temperaturas de las salidas.

3 Crear un proyecto

De clic en el botón Wizard de la barra Flow Simulation. Escriba como nombre

Proyecto1 y unidades SI.

4 Tipo de análisis

El tipo de análisis es Internal, active Heat conduction in solids. De esta manera se

está habilitando la conducción de calor en sólidos, lo cual servirá para que exista

Agua fría T = 293.2K

0.02Kg/s

Agua tibia

p = 2 atm

Aire tibio p = 1 atm

Aire caliente v = 10m/s

T = 600K



transferencia de calor entre los fluidos a través de las paredes de los tubos. Clic en

Next.

5 Añadir los fluidos

Expanda Liquids y añada Water, expanda también Gases y añada Air. Asegúrese que

Water esté marcado como el fluido por defecto. Clic en Next.

6 Añadir el sólido por defecto

Abra Alloys y seleccione Steel Stainless 321. Si desea agregar un material

proveniente de las piezas del ensamble puede abrir Solids in the model y

seleccionarlo.



7 Añadir condiciones de pared

En Default outer Wall termal condition seleccione Heat transfer coefficient y en Heat

transfer coefficient escriba 5 W/m^2/K. De esta manera se permite la transferencia

de calor entre las paredes del intercambiador y el aire exterior.

8 Condiciones iniciales

En Pressure escriba 2 atm. Clic en Next



9 Tamaño de malla

Acepte los valores por defecto y de clic en Finish.

4.5 Usar simetría como condición de frontera

10 Agregar una condición de simetría

Debido a que el ensamble es simétrico se puede ahorrar tiempo en el cálculo si se

usa la simetría como condición de frontera. Clic derecho sobre Computational

Domain / Edit Definition…

En Xmax escriba 0, vaya a la pestaña Boundary Condition y en Xmax escoja

Symmetry. Clic en Aceptar. Oculte el Dominio Computacional.

11 Especificando un subdominio de fluido

El fluido por defecto (Agua) se aplica a todo el dominio computacional, para

especificar un fluido diferente en ciertas partes del dominio se debe especificar un

subdominio.

Clic derecho en Fluid Subdomains / Insert Fluid Subdomain…



Seleccione la cara interna de la Tapa1, en Fluid type seleccione Gases / Real Gases /

Steam y active Air(Gases).

Ahora para las condiciones iniciales escriba -10 en Vz, 1atm en P y 600K en T.

Acepte.

12 Cambiar de nombre al subdominio

De dos clics sobre Fluid Subdomain 1 y escriba Aire caliente como nombre.

4.6 Condiciones de frontera de Flujo de masa, presión, temperatura y

velocidad.

13 Agregar una condición de frontera de flujo de masa

Clic derecho a Boundary Conditions / Insert Boundary Condition…

Seleccione la cara interna de Tapa3. En Type elija Inlet Mass Flow. Escriba 0.01 en

Mass Flow Rate Normal to Face (es la mitad del 0.02Kg/s inicial ya que se está

trabajando con simetría) y 293.2 en Temperature.



Renombre la condición de frontera Inlet Mass Flow 1 a Flujo de Agua fría.

14 Agregar una condición de frontera de presión


Seleccione la cara interna de Tapa3. En Type elija Pressure Openings / Static

Pressure, escriba 2atm en P y 293.2 en T.

Renombre la condición de frontera Inlet Mass Flow 1 a Flujo de Agua tibia.

15 Agregar una condición de frontera de velocidad


Seleccione la cara interna de Tapa1. En Type elija Flow Openings / Inlet Velocity.

Escriba 10 en V, 1atm en P y 600k en T.



Renombre la condición de frontera a Velocidad aire caliente.

16 Agregar una condición de frontera de presión


Seleccione la cara interna de Tapa2. En Type elija Pressure Openings / Static

Pressure, escriba 2atm en P y 293.2 en T.

Renombre esta condición de frontera a Presion aire tibio.

4.7 Especificar aisladores térmicos

17 Aplicar un material sólido

Todos los sólidos del ensamble tienen el material por defecto especificado en el

Wizard. Se va a especificar un material diferente para las tapas porque se desea que

se comporten como aisladores térmicos.

Clic derecho sobre Solid Materials / Insert Solid Material…

Seleccione las 4 tapas en Selection y en Solid escoja Pre-Defined / Glasses and

Minerals / Insulator.



18 Especificando un Objetivo de Volumen

De clic derecho a Goals / Insert Volume Goals… Seleccione la pieza Intercambiador y

active Temperature of Solid en Av (Promedio).

19 Correr la simulación

De clic en la barra Flow Simulation / Run. Clic en Run.

20 Ver los objetivos

Clic derecho a Goals / Insert…

Active VG Av Temperature of Solid 1 y acepte.



De doble clic a Goals Plot 1, aparece la tabla:

De aquí se puede extraer la temperatura promedio del intercambiador.

21 Insertar una vista de corte

Clic derecho a Cut Plots / Insert… Seleccione el plano Vista Lateral y active Contours

y Vectors.

4.8 Visualizar las trayectorias del fluido

22 Insertar trayectorias del fluido

Ajuste la transparencia a 0.75, cambie el Estilo de Visualización a Sombreado e

Inserte Trayectorias con los siguientes datos:



Seleccione Flujo de agua fría y escriba 300 en Number of trajectories. La gráfica es

del tipo Lines.

23 Encontrar las temperaturas en las salidas

De clic derecho a Surface Parameters / Insert… Seleccione Agua tibia, active

Consider entire model y en Parameters active All. De clic en Evaluate.

De aquí la temperatura de salida de agua es 354K (subió ~60° respecto a la entrada).



Ahora seleccione Presion aire tibio y de clic en Evaluate

La temperatura de salida del aire es 369K (bajó ~230°).

El flujo de masa de aire es de 0.029Kg/s. Acepte Surface Parameters.

4.9 Cálculo de la efectividad del intercambiador

24 Fluido mínimo

De acuerdo a pasos anteriores el agua tiene un flujo de masa de 0.02kg/s y el aire

0.029kg/s. Pero el agua tiene un calor específico de 4 veces el del aire, de modo que

de acuerdo a la ecuación (2) el fluido mínimo es el aire.

25 Efectividad

Usando la ecuación (3) y los datos de temperaturas en los pasos anteriores:

4.10 Análisis de un impulsor centrífugo

1 Abrir archivo

Abra el archivo Impulsor Centrífugo. Se desea analizar este ensamble haciendo

ingresar un caudal determinado por la entrada axial vertical, el cual será impulsado

hacia la salida rectangular que está libre al medio ambiente.



Se calculará la eficiencia del impulsor, definida por:

Donde:

y son las presiones de entrada y salida, es el caudal, es la

velocidad angular del impulsor y es el Torque.

2 Definir un proyecto

Usando el Wizard defina un proyecto con las siguientes características:

Nombre del proyecto Impulsor

Sistema de unidades SI

Tipo de análisis Internal; Exclude cavities without flow conditions

Características físicas Rotation: Type Global rotating, Rotation axis – Y,

Angular velocity = 2000RPM

Fluido por defecto Air

Condiciones de pared Adiabatic wall, default smooth walls

Condiciones iniciales Default conditions

Resolución de

geometría

Resolution = 4, Minimum gap size = 0.04m,

minimum wall thickness = 0.01m.

3 Condición de entrada de flujo de volumen

Especifique una condición de entrada del tipo Inlet Volume Flow, seleccionando la

cara interna de Tapa2, con un valor de 0.3m^3.

P = 1atm

Q = 0.3 m3/s

= 2000 RPM



4 Condición de salida de presión

Especifique una condición de entrada del tipo Environment Pressure, seleccionando

la cara interna de Tapa1, con los valores por defecto.

5 Especificar paredes estacionarias

Al haber especificado Global rotating en el Wizard todas las paredes del estudio

rotarán con la velocidad especificada, por ello es necesario indicar las paredes que

permanecerán estacionarias. Para ello Inserte una condición de frontera, seleccione

el componente Carcaza:

Active el botón Filter faces y active las opciones Remove outer faces y Keep outer

faces and faces in contact with fluid. Clic en Filter. Active Wall y Stator.

6 Desactivar un componente

El componente Medicion solo servirá para medir la presión a la salida del impulsor,

por ello hay que desactivarlo de la simulación de fluidos. Entre al menú Flow

Simulation / Component Control… Clic en Medicion y Disable.



7 Añadir objetivos

Añada los siguientes objetivos (Goals)

Tipo Surface Goal, medir Av Static Pressure, seleccionar la cara interna de Tapa2.

Tipo Surface Goal, medir Bulk Av Static Pressure, seleccionar la cara cilíndrica

interna de Medicion.

Tipo Surface Goal, medir Y - Component of Torque, seleccionar las caras de

Impulsor en contacto con el fluido (Para la selección de caras siga el procedimiento

del paso 5, seleccionando Impulsor en vez de Carcaza)

8 Renombrar objetivos

Renombre los objetivos como se indica

9 Añadir ecuaciones

Clic en Flow Simulation / Insert…/ Equation Goal…

En Expression ingrese {Presion de entrada}-{Presion de salida}. Para ello

selecciónelos desde el tree de Flow Simulation. Acepte y renombre la ecuación como

Caida de presion.



Añada otra ecuación llamada Eficiencia con la expresión:

{Caida de presion}*{Inlet Volume Flow 1:Volume flow rate normal to face:3.000e-

001}/209.44/{Torque en impulsor}*(-1)

Para Volume flow rate… seleccione Inlet Volume Flow 1 desde el tree y en la ventana

seleccione Volume flow rate normal to face en la Lista de parámetros.

10 Correr la simulación

Ejecute la simulación.

11 Insertar una vista de corte

Inserte una vista de corte con el Plano Planta, activando Contours y Vectors, puede

usar el botón View Settings, pestañas Contours y Vectors para cambiar el número de

colores y tamaño de vectores respectivamente.

12 Mostrar objetivos

Inserte la respuesta de Objetivos (Goals), activando todos los parámetros.



De aquí la eficiencia es 63.5%.


4.11 Ejercicios

Ejercicio 1

1 Abrir archivo y crear proyecto.

Abra el archivo Valvula de no retorno.sldasm. Cree un proyecto con las siguientes

características:

Nombre del proyecto Caida de presion

Sistema de unidades SI

Tipo de análisis Internal; Exclude cavities without flow conditions

Fluido por defecto Agua

Condiciones de pared Adiabatic wall, default smooth walls

Condiciones iniciales Default conditions

Resolución de

geometría

Resolution = 3.

2 Agregar condiciones de frontera

Agregue una condición de entrada:

Nombre de condición Inlet Mass Flow 1

Selección Cara interna de Tapa1

Tipo Flow openings / Inlet mass flow

Mass flow rate normal to face 1kg/s

Una condición de salida:

Nombre de condición Environment Pressure 1


Tipo Pressure openings / Environment pressure

Otras opciones Por defecto

3 Agregar objetivos



Nombre del objetivo SG Bulk Av Static Pressure 1


Parameter Static Pressure / Bulk Average

Una ecuación:

Nombre del objetivo Equation Goal 1

Expression {SG Bulk Av Static Pressure 1}-

{Environment Pressure 1:Environment

pressure:1.013e+05}

4 Corra la simulación

5 Añadir gráficas

Añada gráficas Tipo Cut Plot (plano Alzado, mostrando Contours y Vectors) y luego

muestre las trayectorias, anime y guarde como video.

6 Mostrar objetivos

Muestre el objetivo que calcula la caída de presión.

7 Variantes de diseño

Clone el proyecto y cree nuevas configuraciones variando la relación de posición

Distancia1 y el Flujo de masa para obtener las caídas de presión (en Pa y Averaged

value) en los casos siguientes (El primero ya está resuelto).

Flujo de masa (kg/s)

1 2

Relación de posición

Distancia1 (mm)

5 914.08

0



Ejercicio 2

1 Abrir archivo

Abra el archivo Ventilador centrífugo.sldasm.

2 Crear un proyecto

Conforme al ejemplo Análisis de un Regulador Centrífugo cree un proyecto para

calcular la eficiencia del impulsor (Debe incluir Goals y ecuaciones). Use la siguiente

información:

3 Añada gráficas de presión y trayectorias

4 Calcular la eficiencia

Muestre la eficiencia del ventilador.

Aire

Q = 0.8 m^3/s

P = 1atm

= 2800 RPM



Ejercicio 3

1 Abrir archivo

Abra el archivo Intercambiador cruzado.sldasm.

2 Crear un proyecto

Cree un proyecto para calcular la efectividad del intercambiador, use la siguiente

información (use Steel Stainless 321 para Solids):

3 Añada gráficas de presión y trayectorias

4 Calcular la efectividad

Calcule la efectividad del intercambiador.

Agua fría T = 293.2K

0.02Kg/s

Agua tibia

p = 2 atm

Aire tibio

p = 1 atm

Aire caliente v = 10m/s T = 600K

165006005 Solidworks 2011 Nivel III

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