Ciclo de perfeccionamiento: MEF

Módulo1: Introducción básica de elementos finitos

Duración: 10 horas

Tema 1 – Conceptualización fundamental

a. Contexto histórico
b. Aplicaciones típicas del método
c. Teoría de elasticidad – conceptos básicos

• i. Ecuaciones de equilibrio
• ii. Condiciones de borde
• iii. Relación deformación-desplazamiento
• iv. Relación tensión-deformación
• v. Tensión plana
• vi. Deformación plana
• vii. Principio de Saint Venant
• viii. Esfuerzo de Von Mises

d. Introducción al método de los elementos finitos

• i. Procedimiento básico
• ii. Funciones de forma y el orden de los elementos
• iii. Tipos de elementos

e. Criterio de fallo de materiales

• i. Materiales dúctiles y frágiles
• ii. Esfuerzos principales
• iii. Criterio de falla para materiales frágiles
• iv. Criterio de Tresca para materiales dúctiles
• v. Criterio de Von Mises para materiales dúctiles

Tema 2 – Formulación de elementos finitos

a. Introducción al método de la rigidez (o método directo)

• i. Definición de la matriz de rigidez
• ii. Matriz de rigidez para un resorte
• iii. Ensamblaje de matriz de rigidez global
• iv. Condiciones de borde

Módulo 2: Técnicas de modelado Usando Ansys Workbench

Duración: 20 horas

Tema 1 – Criterios para la selección del tipo de elemento adecuado

• a. Tipos de elementos
  a. Elementos en 1D
  b. Elementos en 2D
  c. Elementos en 3D
  d. Elementos especiales
• b. Criterios de selección de elementos
  a. Tipos de elementos
  b. Grado de Libertad
  c. Costo computacional
  d. Exactitud
• c. Proceso de selección de elementos
  a. Predecir comportamiento de estructuras
  b. Experimentar con elementos disponibles
  c. Tamaño y forma de geometría
  d. Orden del elemento
  e. Esquema de integración
  f. Relación con solución
  g. Reglas generales de selección

Tema 2 – Criterios de mallado

• a. Sizing – Curvatura y proximidad
• b. Quality – Mesh metric
• c. Estadistica de malla – Numero de nodos y Elementos
• d. Controladores locales de malla 3D: Tetraedros, hexaedros, Sweep, Multizona.
• e. Ejemplos
• f. Controladores locales de malla 2D: Cuadrilateros, triangulos, multizona
• g. Ejemplos
• h. Controladores locales de malla 1D: Ejemplos
• i. Esfera de Influencia
• j. Contact sizing
• k. Refinamiento de la malla
• l. Transiciones de malla

Tema 3 – Introducción a Ansys Workbench

• a. Interfaz Ansys Workbench
• b. Módulo de Geometría – SpaceClaim
  a. Generación de elementos unidimensionales
  • Preparación de elementos beam: Herramientas Crear, Extraer, Orientar,
  Conectar, Dividir
  • Ejemplos para casos de porticos en 2D y 3D
  b. Generación de elementos bidimensionales tipo área
  • Ejemplos: viga con secciones H, Circular, Cuadrada, Rectangular y Cruciforme
  conformada con elementos tipo Shell
  • Share topology, Definición de espesores, offset type
  c. Generación de elementos 3D tipo sólido
  • Herramientas Pull, Move, Fill, Combine, Split
  • Ejemplos: SMF, SCBF
  d. Edición de geometrías importadas

Módulo 3: Análisis de problemas elástico-lineales

Duración: 30 horas

Módulo de Simulación mecánica

• a. Procedimiento de análisis
  i. Cuerpos rígidos y flexibles
  ii. Contactos
• b. Análisis estático estructural
  i. Configuración
  ii. Propiedades de materiales
  iii. Tipos de elementos comúnmente usados en ansys y Concepto de grado de libertad
  iv. Tipos de contactos para análisis milticuerpos
  v. Conexión de elementos sólidos con vigas y shells
  vi. Analysis Settings
  vii. Tipos de cargas: Fuerza, Aceleración, Velocidad rotacional, Presión, Line pressure,
  Momentos
  viii. Tipos de carga: Presión Hidrostatica, Bearing load, fuerza remota, Pretensionamiento de
  pernos
  ix. Tipos de carga: Condición térmica, Gradiente de temperatura.
  x. Tipos de apoyos: Fijo, Desplazamiento, elástico, Sin fricción, Cilindrico.
  xi. Tipos de apoyo: Solo compresión, simplemente apoyado, rotación fija.
  xii. Random color para condiciones de carga y de apoyo.
  xiii. Solución
  xiv. Resultados: Esfuerzos, desplazamientos, deformaciones.
  xv. Resultados por medio de vectores
  xvi. Resultados en elementos finitos o en cuerpos
  xvii. Resultados definidos por el usuario
  xviii. Extracción de imágenes de alta calidad para informes de ingeniería
  xix. Planos de sección
  xx. Probe tools
  xxi. Charts
  xxii. sistemas de coordenadas globales – locales

Tema 4- Simulación de conectores

• a. Simulación de soldadura (incluir idea statica)
• b. Uniones apernadas

Tema 5 – Problemas de ingeniería con Ansys Workbench

• a. Singularidad numérica
  i. Saint Venant
  ii. Aplicar modelos de plasticidad – Ejemplo BISO
• b. Sensibilidad de malla / Análisis de convergencia
• c. Calculo numérico de factores de concentración de esfuerzos
• d. Análisis de vigas con elementos 1D – 2D – 3D
• e. Análisis de pórticos bidimensionales con elementos 1D – 2D – 3D
• f. Análisis de pórticos tridimensionales con elementos 1D – 2D – 3D
• g. Análisis de armaduras 2D y 3D con elementos Link and Beam
• h. Análisis de placas planas
  i. Oreja de Izaje
• i. Aplicación del bearing Load
  ii. Diferencias entre aplicar un bearing load and forcé
  iii. Traslado a APDL para ver los nodos a los cuales se aplico fuerza en cada caso
• j. Viga para izaje de carga
  i. Viga de izaje para el uso de manejo de cargas en paquete de materiales largos
• k. Modelo de conexión arriostramiento – gusset plate
  i. Modelo con elementos Brick
  ii. Modelo con elementos Shell
• l. Modelo aplicando técnica Submodeling en pórtico bidimensional con elementos 3D
• m. Análisis paramétrico en armadura 2D

Módulo 4: Aplicación MEF en Estructuras de Acero

Duración: 60 horas

Tema 1 – Empalme entre perfiles estructurales con end plate

• a. Pretensionamiento de pernos.
• b. Empalme perfil circular – circular a tracción sin rigidizadores. Se verifica con guía de diseño 24 del AISC. Hollow structural section connection
• c. Empalme perfil circular – circular a tracción CON rigidizadores.
• d. Empalme perfil circular – circular a compresión + flexión.
• e. Empalme perfil tipo “I”. Verificación con guía de diseño AISC y experimentación caso de estudio del profesor murray.
• f. Empalme perfiles tipo “H”. Verificación con experimentación de la tesis de maestría de David Alejandro Ramírez – Universidad Nacional. Uso de conexiones tipo placa extremo, para conexiones de continuidad de columna, en perfiles tipo “H”

Tema – 2 Análisis lateral por desplazamiento monotónico

• a. Curva de capacidad de pórtico a Momento sin placas en zona de panel
• b. Curva de capacidad de pórtico a Momento con placas en zona de panel
• c. Curva de capacidad de pórtico a Momento incluyendo conexión RBS
• d. Curva de capacidad de pórtico a Momento incluyendo conexión tipo end plate
• e. Aplicación de técnica de submodeling.
• f. Curva de capacidad de pórtico con arriostramiento concéntricos.
• g. Curva de capacidad de pórticos con arriostramientos excéntricos.

Tema 3 – Análisis por desplazamiento cíclico

• a. Comportamiento, Mecanismo de plastificación y curvas de histéresis de pórtico con arriostramiento concéntrico con ansys workbench – Caso de aplicación tesis doctoral.
• b. Comportamiento, Mecanismo de plastificación y curvas de histéresis de pórtico con arriostramiento concéntrico con SAP2000 – Caso de aplicación tesis doctoral.
• c. Mecanismo de plastificación, curvas de histéresis y ductilidad de secciones tubulares Hollow Structural Section (HSS) – Caso de aplicación tesis doctoral.

Tema – 4 Modelamiento de conexión columna – placa base en sistemas SMF, SCBF, EBF.

• a. Estado del Arte
• b. Placas base SMF (Special moment frame)
  i. Solicitaciones de diseño (AISC 341-16, D2.6)
  ii. Verificación espesor de placa base bajo lineamientos guía de diseño 1 AISC
  iii. Fuerza de tracción en barras de anclajes guía de diseño 1 AISC
  iv. Modelamiento MEF incorporando los principales elementos de la conexión de forma
  explícita con elementos sólidos a excepción de las barras de anclaje.
  v. Fuerza de tracción en barras de anclajes guía de diseño 1 AISC
• c. Placas base SCBF (special concentrically braced frame)
  i. Solicitaciones de diseño por principios de capacidad
  ii. Verificación de esfuerzos ante máxima fuerza de compresión
  iii. Verificación de esfuerzos ante máxima fuerza de tracción
  iv. Efecto de prying action
  v. Fuerzas en barras de anclajes

Tema 4 – Modelamiento avanzado para calificación de conexiones en sistemas de pórticos a momento

• a. Estado del arte
  i. Conexiones Precalificadas AISC 358-16
  ii. Estudio de conexiones viga-columna en Colombia
  iii. Estudio de conexiones viga-columna ámbito internacional
• b. Proceso de calificación de conexiones
  i. Diseño metodológico y estructurado de la conexión
  ii. Montaje experimental
  iii. Protocolo de carga
  iv. Caracterización de materiales
  v. Fabricación de probetas para ensayo
  vi. Resultados de ensayo cíclico
  • Mecanismo de plastificación
  • Ubicación de rótula plástica
  • Curva de histéresis
• c. Criterios de aceptación
• d. Validación numérica
• e. Estudio paramétrico

Tema 6 – Modelamiento simplificado de conexiones con elementos Shell comparativa con IDEA Statica

• a. Análisis por capacidad
  i. Ubicación de rótula plástica
  ii. Porcentaje de plastificación
  iii. Momento resistente de la conexión
• b. Análisis de rigidez rotacional de la conexión
  i. Curva momento rotación Ansys
  ii. Curva momento rotación IDEA Statica
• c. Modelamiento de un pórtico de una nave industrial con elementos 3D incluyendo conexiones
  viga columna

Módulo 5: Aplicaciones adicionales

Duración: 10 horas

1. Análisis de problemas dinámicos
   Análisis modal como técnica de verificación de compatibilidad nodal y contactos.
   Construcción de espectro de respuesta con Ansys Workbench
   Ejemplo de una masa con uno y dos grados de libertad. (En la literatura está perfectamente resuelto
   este problema y es un buen ejercicio académico para validar la confianza con el software y condiciones
   de borde claro está)
2. Dinámica de cuerpos rígidos
   Ejemplo análisis cinemático y cinético de mecanismo de 4 barras.
3. Transferencia de calor
   Problema de conducción en paredes y aletas (Perfil de temperatura)
4. Análisis transiente (transitorio)
   Análisis time-history lineal y No lineal
5. CFD
   Flujo alrededor de cuerpos
6. Multifísica Acoplada