Aplicación de la técnica del submodelaje al trineo


Es época Navideña, por lo que en ESSS queremos asegurarnos de que el trineo que hace la entrega de los regalos es seguro. Para esto, los simulamos usando el sub-modelaje técnico disponible en la interface de ANSYS Workbench, que permite reducir el tiempo de simulación, sin disminuir la precisión de los resultados.

Básicamente, la idea es usar un modelo simplificado de todo el vehículo, ignorando en un primer momento el detalle de las regiones localizadas, de tal manera que la respuesta general del sistema no sea afectada en este proceso. Luego, se hace uso de un modelo con un mayor nivel de refinación en la región del componente de interés (submodelo) y se aplican en esta región las condiciones de contorno del modelo global, como se aprecia en la siguiente figura.

Submodelagem trenó

El primer paso es el de simplificar la geometría original del trineo, tanto como sea posible, para reducir el tiempo de simulación. Para esto, se decidió reemplazar los cuerpos de los renos en los deslizadores por elementos de viga y las cabezas de estos por puntos de masa.

Submodelagem trenó

Luego se asocia la geometría del modelo simplificado a un bloque de simulación Static-Structural.

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Dentro del modelo simplificado, se imponen condiciones de carga y de contorno, y se extraen los resultados tensionales. En función de las regiones de mayor solicitud, se delimita la región del modelo simplificado que conformará el submodelo.

Submodelagem trenó

Una vez delimitada la región donde se encuentran las solicitaciones mayores, se genera el sub-modelo de la geometría original (modelo completo).

Submodelagem trenó

Una buena práctica consiste en cortar lejos de la región de interés. Por ejemplo, en este caso la región de interés comprende al cilindro responsable de la unión entre el trineo y el deslizador. A medida que nos alejamos de esta región comienza la variación entre un modelo y otro, pero la idea básica es asegurar que la tensión lineal en la frontera sea igual a la tensión lineal en la misma posición que en el modelo global.

Submodelagem trenó

Luego se asocia la geometría del submodelo a un segundo bloque de simulación Static-Structural y se conectan ambos sistemas, modelo simplificado y submodelo, tal como se muestra a continuación.

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A través de este tipo de conexión, los resultados del modelo simplificado serán transferidos a Setup del submodelo. Una vez hecha esta conexión, se verá el icono “Submodeling” en el árbol del proyecto.

Submodelagem trenó

Dentro de los Submodeling, hay cuatro opciones disponibles para la importación de carga en la frontera del sub-modelo. Éstos se enumeran en la siguiente tabla junto con la función correspondiente.

tabla

En este caso, ya que ambos cuerpos que delimitan la región de frontera son de tipo sólido, se utilizará la opción “Cut Boundary Constraint” para importar la carga en la frontera de la submodelo.

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Después de importar las cargas a través del Submodelo e incluyendo las condiciones de contorno en el mismo, basta correr el análisis y obtener los resultados.

Submodelagem Trenó

Fundamentalmente, en la simulación computacional siempre se debe evaluar que los resultados  obtenidos estén dentro de lo esperado, para lo cual se sugiere que:

Primero: Debe asegurarse de que las cargas están siendo importadas correctamente. Para esto, se deben comparar los desplazamientos importados en la superficie de frontera de submodelo con la respectiva superficie en el modelo global.

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Segundo: Evaluar si la zona de corte está lo suficientemente lejos de región de interés, ya que el sub-modelaje sigue el Principio de St. Venant’s y, de acuerdo con este, el corte debe hacerse lo suficientemente lejos de modo que las tensiones se estabilicen, o sea, donde efecto local sea el mínimo posible.

Tercero: Verifique los esfuerzos de reacción en los apoyos, ya que la carga es aproximadamente la misma, se espera que las reacciones en estos sean también similares. A pesar de esto, en este caso esperamos una ligera diferencia asociada con el cambio de rigidez en la estructura. Esto se debe a que la geometría del deslizador con forma de reno del submodelo, fue modificada en relación al modelo general.

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Por último, vale la pena señalar que la técnica del submodelaje es una buena opción para analizar una región localizada del modelo (aquellas que requieran un mayor nivel de detalle, tanto por la geometría, como por la malla utilizada). Por lo tanto, si se utiliza con las debidas precauciones, se puede reducir sensiblemente el tiempo de cálculo sin sacrificar la precisión de los resultados.

Vea el vídeo de la modelaje completa.


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