Práctica3 - Esfuerzo Dinámico

AIMD. ESIME TICOMAN

PRACTICA No. 2.- ANÁLISIS MODAL Y DE ESFUERZOS PARA UN ALA DE AEROPLANO

Objetivo:

Determinar las frecuencias de vibración, sus respectivos modos y los esfuerzos y deformaciones de un ala sólida de una aeronave.

1. Planteamiento del problema 2. Creación del modelo 3. Definir propiedades geométricas y del material 4. Generar la malla 5. Aplicar las condiciones de frontera 6. Obtener la solución 7. Revisar los resultados

1.- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Este es un análisis modal simple de un modelo de ala para una aeronave. El ala es

de configuración uniforme y tiene una sección transversal definida por una línea recta y

un spline como se muestra en la figura. Esta es empotrada al Fuselaje de la aeronave.

Las dimensiones del ala se muestran arriba. El ala esta hecha de Poliuretano de baja

densidad, con un modulo de Young de 38x103 Psi, relación de Poisson de 0.3 y una

densidad de 1.033x10-3 3inslugs

.

2-1

LIMITACIONES

Se asume que el ala esta restringida en todos los grados de libertad en un extremo. El

ala es sólida y las propiedades del material son constantes e isotrópicas.

Se genera un modelo en 2-D de la sección transversal del ala, se crea una malla

razonable y después se extruye la sección transversal hasta un modelo sólido en 3-D,

el cual será mallado automáticamente.

Se usaran los elementos finitos Plano42 y Solido45.

2.- CREACIÓN DEL MODELO

CREAR LOS PUNTOS

1. Menú principal: Preprocesador

- Create -modeling

kpoints . En CS Active (sistema coordenado activo)

2. Introducir 1 para él numero de punto (ANSYS automatizara el numero de

puntos si este espacio esta vació, pero por ilustrar introduzca los numero de

puntos manualmente).

3. Introduzca 0,0,0 para X, Y, Z localizado por el punto 1 (Aquí, dejando los

espacios vacios, ANSYS tomara sus valores de cero por default)

4. Aplicar

5. Introducir 2 para él numero de punto

6. Introducir 2, 0, 0 para localización X, Y, Z

7. Aplicar

8. Para el punto 3 , Introducir 2.3, 0.2, 0

practica 2 ANSYS 2-2

9. Para el punto 4 , Introducir 1.9, 0.45, 0

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10. Para el punto 5, Introducir 1, 0.25, 0 para localización X, Y, Z

11. OK

CREAR LÍNEAS Y SPLINES ENTRE LOS PUNTOS


- Create -modeling

- Líneas –

- Líneas - Línea Recta

2. Escoger puntos en este orden 1, 2, y 5, 1

3. Ok

2-3

2

10

1

Use los puntos 2 al 5 para dibujar un spline definiendo la parte curveada del ala.

ANSYS provee una opción para definir la orientación de un vector tangente como el

primer y ultimo punto sobre el spline. Use esta opción para definir el spline que tendrá

una pendiente cero para la parte inferior del ala y una pendiente de 0.25 para la parte

superior como se muestra en el esquema del problema


- Create -modeling

- Líneas – Con opciones –

Spline por KPs

5. Escoger puntos en este orden 2, 3, 4, 5,


2

2

5

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6. Ok

7. Introducir –1, 0, 0 para XV1, YV1, ZV1

8. Introducir –1, -0.25, 0 para XV6, YV6, ZV6

9. Ok CREAR ÁREA DE SECCIÓN TRANSVERSAL


Create -modeling- Áreas – Arbitrarias- Por líneas

2. Escoger las 3 líneas

3. Ok

3.- DEFINIR LAS PROPIEDADES DEL MATERIAL

1.-Menú Principal: Preprocesador/ Material Props- Material Models

2-5

7 8

9

2.- lista de material numero 1

3.- Structural-linear-elastic-isotropic

4.-Introducir 38000 para EX, y 0.3 para PRXY

5.-Introducir 1.033e-3 para DENS

6.-Ok


2 3

4

5

6

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4.- GENERAR LA MALLA LISTA DE PREFERENCIAS

1. Menú principal / Preferencias

2. Escoger la opción de estructuras

3. Ok

1. DEFINIR TIPOS DE ELEMENTOS

Definir 2 tipos de elementos: un elemento 2-D y un elemento 3-D .Mallar el área de

la sección transversal del ala con elementos en 2-D y después extruir el área para crear

un volumen en 3-D. La malla será extruida a lo largo con la geometría así que los

elementos en 3-D serán creados automáticamente en el volumen.

1. Menú Principal: Preprocesador

Tipo de elemento/add/Edit/Delete

2. Agregar (Add)

3. Familia de Sólido estructural para elementos

4. Aplicar para escoger el elemento Quad4 node42

(Plano42)

5. Seleccione Brick 8node 45( solid 45)

2-7

2

4

1

3

6. Ok

7. Cerrar

2. MALLADO DEL ÁREA

El siguiente paso es para especificar el control del mallado para obtener una densidad

particular del mallado.

1. Menú Principal: Preprocesador/meshing

2. Tamaño del elemento en el sistema global

3. Introducir 0.15 para el tamaño del elemento

4. Ok

5. Mesh


5

6

7

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6. Seleccione free y marque el área

7. Ok. La malla en el plano queda lista.

3. EXTRUSIÓN DEL ÁREA MALLADA

En este paso el volumen en 3-D es generado cambiando el tipo de elemento a

SOLIDO45 el cual es definido como tipo de elemento 2, y después extruyendo el área

para crear el volumen.


Modelado – Operación/ Extrusión/Barrido- Elem Ext Opt

2. Seleccionar 2 (SOLIDO45) para él número y tipo de elemento

3. Teclear 10 para él numero de divisiones del elemento

4. Ok

2-9

7

6

3

2

5. Menú Principal:PreprocesadorModeling – Operate- Extrude / Areas –by

X Y Z offset

6. Seleccionar toda el área

7. Introducir 0, 0, 10 para la extrusión en la dirección Z

8. Ok


1

2

3

5

7

8

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Usando el SÓLIDO45 al resolver este problema en ANSYS/ED producirá un mensaje de

alerta debido a que hay elementos con mas nodos que dan mejores resultados pero

generan mas ecuaciones.

9. En el menú de la derecha seleccione ISO

4. DESHACIENDO ELEMENTOS 2-D

Antes de aplicar las restricciones para el último arreglo del ala,

deshacer todos los elementos PLANO42 usados en la malla de 2-D

ya que estos no serán usados para el análisis

1. Menú de utilidades: Seleccionar-Entidades

2. Escoger Elementos

3. Escoger Por Atributos

4. Escoger el numero del tipo de elemento

5. Introducir 1 para el numero de tipo de elemento

6. Escoger unselect

7. Aplicar

2-11

9

6

5

4

3 2

7

5.- APLICAR LAS CONDICIONES DE FRONTERA AL MODELO

Las restricciones serán aplicadas a todos los nodos donde se encuentra empotrado

el ala con el fuselaje. Seleccione todos los nodos en Z = 0. Después aplique todas las

restricciones de desplazamiento. Use la ventana anterior

1. Escoger Nodos

2. Escoger por Localización

3. Escoger Coordenada Z

4. Introducir 0 para la localización de la coordenada Z

5. Escoger para todos (from full)

6. Aplicar


Loads- Cargas – Aplicación

8. Estructural – Desplazamiento- en Nodos

Seleccionar pick all

9. Escoger all DOF


7

1

2

6

5 4

3

8

9

10

AIMD. ESIME TICOMAN

10. Ok (NOTA: dejar el valor de los desplazamientos en blanco, un valor de

cero por default es usado)

11. volviendo a la ventana de select

entities, Escoger by

Numero/Selección

12. Oprime “Sele All”

13. Oprime “Cancelar” para cerrar

la ventana de dialogo

Con esto nuevamente todos los nodos están activos.

6.- OBTENER LA SOLUCIÓN

ANÁLISIS MODAL DEL ALA

1.-ESPECIFICACIÓN DEL TIPO DE ANÁLISIS

1. Menú Principal: Solución/Tipo de Análisis – Nuevo análisis

2. Seleccionar Modal

3. Ok

4. Menú Principal: Solución

Tipo de Análisis –

Opciones de Análisis

5. Escoger Block Lanczos

6. Introducir 5 para el número de modos de extracción (extract)

7. Introducir 5 para el número de modos a expandir (expand)

8. Ok (Todos estos valores se dejan aceptables por default para este análisis)

2-13

2

3

2.-RESOLVIENDO

1. Menú Principal: Solution/Solve – current LS

2. Revisar la información en la ventana de estado y escoger Cerrar

3. Ok, para iniciar la solución

4. Yes para todas las ventanas que aparecen.

Los mensajes presentados en la ventana de modificación es al hecho de que los

elementos del PLANO42 han sido definidos pero no usados en el análisis.

5. Cuando aparece la ventana de solución hecha, Cerrar.


6

8

7

5

5 1

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7.- REVISIÓN DE RESULTADOS

1.- LISTA DE FRECUENCIAS NATURALES

1. Menú Principal: Posprocesador General (General Postproc)

Resumen de resultados

2.- ANIMACIÓN DE LOS 5 MODOS DE VIBRACIÓN DEL ALA

1. Menú Principal: General Postproc/ Lectura de resultados – first set

2. Menú de Utilidades: PlotCtrls- Animar modos/ forma deformada

3. Correcto (OK)

2-15

2

1 4

Observe el primer modo

Anime el siguiente modo del ala

4. Menú Principal: General

Postproc-Lectura de

Resultados –next set

5. Menú de Utilidades:

PlotCtrls/Animación-

Mode shape

6. OK

Segundo modo tercer modo

Para observar los siguientes modos del ala repita los pasos 4, 5, 6 anteriores.

cuarto modo quinto modo


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ANÁLISIS DE ESFUERZOS DEL ALA

1.- APLICACIÓN DE CARGAS

Se aplican cargas Nodales en puntos sobre el Ala que simulan la distribución de

sustentación

1. Loads/definir

cargas/aplicar/Estructural >>Fuerza /

momento>>sobre los nodos

Se aplican en la dirección del eje y.

Se aplican fuerzas nodales, sobre el extrados a lo largo de la tercera línea del borde de

ataque.

Los valores de las cargas serán opcionales de acuerdo al instructor

2.- ESPECIFIQUE EL TIPO DE ANÁLISIS (ESTÁTICO).

1.- Menú Principal: Solución/ Tipo de Análisis – Nuevo análisis

2.- Seleccionar Static

3.- Ok

3. RESOLVIENDO

1.-Menú Principal:

Solution/Solve –

Current LS

2.- Revisar la información en la ventana de estado y escoger ok.

3.- yes, para iniciar la solución

2-17

2

Nuevamente pueden aparecer advertencias que son debido a que los elementos

PLANO42 han sido definidos pero no usados en el análisis.

4.- Cerrar para reconocer que la solución esta hecha

4.- REVISIÓN DE RESULTADOS

1.- Menú Principal: Posprocesador General (General Postproc)

Plot>> results >>contour plot >> nodal solution

2.- stress - Von mises

Los esfuerzos de Von Mises nos indican donde puede ocurrir la falla


2

1

4

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De aquí, queda como tarea hacer el mismo procedimiento pero ahora para un ala

hueca.

2-19

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