Aprendiendo ANSYS-Cálculo transitorio con carga variable en el tiempo - Interfaz gráfica (GUI)

En esta clase aprenderemos cómo hacer un cálculo transitorio en ANSYS. Es decir, cómo calcular un modelo con carga variable en el tiempo donde el modelo, inicialmente, partirá completamente desde el reposo. Lo haremos en esta clase desde la interfaz gráfica (GUI) y en otra clase con código APDL. Para ello hemos modelado ya en ANSYS una viga en ménsula y vamos a aplicarle una carga vertical según Y variable en el tiempo:

Nuestro objetivo es aplicar la carga y obtener el gráfico desplazamiento-tiempo en el extremo de la ménsula:

Para este cálculo vamos a considerar, como condiciones iniciales, que la viga está totalmente en reposo, con velocidad y aceleración nula y su posición inicial con desplazamiento nulo. En otras clases veremos cómo realizar modelos con condiciones iniciales distintas.

Como hemos dicho, partimos de un modelo ya hecho de una ménsula como muestra la siguiente imagen:

(Si quieres saber cómo hemos cambiado el fondo de ANSYS a color blanco recomendamos leer la clase dedicada a fondos de pantalla)

Ejemplo en Graphical Interface (GUI)

Mostramos paso a paso con imágenes como crear un cálculo transitorio, con cargas en función del tiempo y obtener al final un gráfico desplazamiento-tiempo:

0.      Hemos creadp ya el modelo donde aplicar cargas como se ha mostrado arriba. Este paso se supone que ha sido realizado ya

1.      Entramos en Solution para elegir un nuevo análisis

2.      Pinchamos en Analysis type

3.      Pinchamos en New Analysis: Abrirá una ventana para elegir el tipo de análisis

4.      Vamos a realizar un cálculo transitorio, luego elegimos Transient

5.      Pinchamos en Ok y se nos abrirá otra ventana

6.      Elegimos Full de full transient dynamic analysis. Es decir vamos a usar un método de integración directa implícito y no superposición de modos.

7.      Aceptamos pinchando en OK. Ya hemos seleccionado el tipo de cálculo

8.      Dentro del menú de Solution / Anaylis type pinchamos en Sol’n Control que desplegará una ventana que nos va a permitir escoger los parámetros del cálculo. Esta ventana es muy importante

9.      Pinchamos en Basic, aunque ya debería estar por defecto mostrándose

10.  Podemos elegir que se tengan en cuenta o no los efectos debidos a los grandes desplazamientos. En caso de duda, es recomendable activarlo, pero es el ingeniero el que debe saber qué espera de su modelo

11.  Tiempo final del paso de carga que vamos a estudiar. En nuestro caso, como nuestro modelo parte del reposo no necesitamos crear un paso inicial con un tiempo muy corto para crear estas condiciones iniciales. En otra clase explicaremos distintas formas de especificar condiciones iniciales distintas al reposo (velocidad y desplazamiento nulos). En nuestro caso, vamos a calcular 15 segundos, que es el valor que escribimos.

12.  Aquí elegimos si queremos que ANSYS ajuste el tiempo de cada paso de carga. Es recomendable seleccionar Prog Chosen. Con esto le decimos a ANSYS que sea él quien seleccione el espacio de tiempo para cada instante de cálculo según sea la respuesta de la estructura y las cargas, ayuda a la convergencia y es también recomendable para problemas con contactos

13.  Número de substeps de cálculo que va a usar ANSYS para calcular dentro de los 15 segundos que le hemos pedido. Es un valor muy importante, de él dependerá la precisión de nuestro resultado. Vamos a pedir 150 pero se recomienda poner un número de pasos de tal forma que el tiempo de cada paso sea igual o menor a 1/20f, donde f es la frecuencia de la estructura.

14.  Le pedimos que como resultados nos guarde todo en nada paso de carga. Esto puede aumentar mucho el espacio del fichero de resultados, pero en nuestro caso, no hay problema porque es un modelo muy sencillo

15.  Seleccionamos la pestaña de Transient para seguir definiendo opciones en nuestro cálculo

16.  Activamos los Transient effects, si no lo hacemos las fuerzas de inercia no se tendrían en cuenta en el cálculo, es decir, haríamos un cálculo estático. Esta casilla la deseleccionaremos para definir, en ciertos casos, las condiciones iniciales. Esto lo veremos en otra clase. Para este cálculo hay que dejarla activada siempre.

17.  Elegimos el algoritmo de Newmark para resolver la ecuación en el tiempo

18.  Pinchamos en OK para cerrar esta ventana ya que hemos definido todo lo que nos interesa

19.  Vamos a definir las cargas. Para ello en el mismo menú de Solution, entramos en Define loads

20.  Pinchamos en Apply para desplegar las posibles cargas

21.  Seleccionamos Structural, luego Force/Moment ya que vamos a aplicar una fuerza vertical según Y variable y luego pinchamos en On Nodes, ya que vamos a aplicarla en el nodo extremo de la viga, que vemos que es el 5

22.  Escribimos a mano el número del nodo, que es el 5 como vemos en la imagen

23.  Pinchamos en OK para que se despliegue otra nueva ventana automáticamente

24.  Seleccionamos la dirección de la fuerza, que será FY como hemos dicho

25.  Seleccionamos New Table para decirle a ANSYS que la fuera la aplicamos en forma de tabla y que queremos definirla ahora

26.  Pinchamos en OK y se desplegará otra nueva ventana

27.  Escribimos el nombre de la tabla, teniendo en cuenta que no están permitidos ni guiones ni ciertos caracteres especiales

28.  Pinchamos de nuevo en OK para desplegar una tercera ventana

29.  Vamos a introducir la carga en 5 filas, para los segundos 0, 1, 3, 3.01 y 15. Ponemos una columna ya que la del tiempo no hay que tenerla en cuenta. Solo tenemos en cuenta una para la fuerza. En planos ponemos 1 también. Seleccionamos Global Cartesian porque nuestra carga la aplicamos según el eje Y global

30.  Pinchamos en OK para que se nos abra la última ventana

31.  Definimos nuestra tabla. Como vemos, la columna de la derecha, que es la que corresponde al tiempo, se puede modificar. El cabecero de la columna de cargas lo dejamos como está, no se va a usar. Modificamos luego los valores del tiempo en segundos y la carga para cada instante como se ve en la imagen

32.  Pinchamos en File y luego en Apply/Quit para aplicar la carga y salir de la definición de cargas

33.  Dentro del menú de Solution, en el que ya estábamos, pinchamos en Solve

34.  Pinchamos en Current LS (Current Load Step), que es el que hemos definido con las cargas

35.  Pinchamos en OK para lanzar el cálculo

36.  Pinchamos en el menú de TimeHist Postpro (/POST26). Aquí se nos desplegará una ventana donde podemos elegir que variable representar en el tiempo

37.  Pinchamos en el símbolo de “+” para añadir una nueva variable que poder representar

38.  Selecionamos Nodal Solution, DOF Solution y ahí el desplazamiento en la dirección vertical

39.  Pinchamos en OK para que se nos despliegue una nueva ventana

40.  En la ventana que nos aparece, introducimos el número 5 que es el nodo donde queremos representar los desplazamientos en función del tiempo. Luego pinchamos en OK para aceptar y añadir esta nueva variable que poder representar posteriormente

41.  Seleccionamos la nueva variable que hemos creado, que corresponde a los desplazamientos en la dirección Y, en el nodo 5.

42.  Le pedimos a ANSYS que nos represente la variable que hemos seleccionado

43.  Cerramos la ventana.

Detrás veremos en ANSYS representado lo que buscamos: