modelado con el software abaqus

121 Pages·2015·6.26 MB·Spanish

by  Nadia Denise

UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA NACIONAL
FACULTAD REGIONAL SANTA FE

GUÍA DE MODELADO
CON EL SOFTWARE ABAQUS

Nadia D. Roman

Año 2013

GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GRUPO DE INVESTIGACIÓN EN MÉTODOS NUMÉRICOS EN INGENIERÍA
GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS

ÍNDICE DE CONTENIDO .................................................................................................. 2
SOBRE LA GUÍA .............................................................................................................. 4
1. INTRODUCCIÓN .......................................................................................................... 5
1.1. Sobre Abaqus .......................................................................................................... 5
1.2. Organización del programa........................................................................................ 5
1.3. Módulos de trabajo................................................................................................... 7
1.4. Archivos y extensiones ............................................................................................12
1.5. Ayuda y manuales ...................................................................................................12
1.6. Bibliografía .............................................................................................................13
2. ESTUDIO DE CASO: RETICULADO CON ELEMENTOS TIPO BARRA .............................. 14
2.1. Descripción del caso ................................................................................................14
2.2. Módulo Part ............................................................................................................14
2.3. Módulo Property .....................................................................................................15
2.4. Módulo Assembly ....................................................................................................16
2.5. Módulo Step ...........................................................................................................17
2.6. Módulo Load ...........................................................................................................17
2.7. Módulo Mesh ..........................................................................................................19
2.8. Módulo Job .............................................................................................................20
2.9. Módulo Visualization ................................................................................................21
3. ESTUDIO DE CASO: PÓRTICO BIDIMENSIONAL CON ELEMENTOS TIPO VIGA ........... 24
3.1. Descripción del caso ................................................................................................24
3.2. Módulo Part ............................................................................................................24
3.3. Módulo Property .....................................................................................................25
3.4. Módulo Assembly ....................................................................................................29
3.5. Módulo Step ...........................................................................................................30
3.6. Módulo Load ...........................................................................................................31
3.7. Módulo Mesh ..........................................................................................................33
3.8. Módulo Job .............................................................................................................34
3.9. Módulo Visualization ................................................................................................35
4. ESTUDIO DE CASO: VIGA DE GRAN ALTURA SOMETIDA A UN E.P.T. ......................... 41
4.1. Descripción del caso ................................................................................................41
4.2. Módulo Part ............................................................................................................41
4.3. Módulo Property .....................................................................................................42
4.4. Módulo Assembly ....................................................................................................43
4.5. Módulo Step ...........................................................................................................44
4.6. Módulo Load ...........................................................................................................44
4.7. Módulo Mesh ..........................................................................................................46
4.8. Módulo Job .............................................................................................................48
4.9. Módulo Visualization ................................................................................................49
5. ESTUDIO DE CASO: TUBO DE PARED GRUESA SOMETIDO A UN E.P.D. ...................... 54
5.1. Descripción del caso ................................................................................................54
5.2. Módulo Part ............................................................................................................54
5.3. Módulo Property .....................................................................................................55
5.4. Módulo Assembly ....................................................................................................56
5.5. Módulo Step ...........................................................................................................57
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5.6. Módulo Load ...........................................................................................................57
5.7. Módulo Mesh ..........................................................................................................59
5.8. Módulo Job .............................................................................................................61
5.9. Módulo Visualization ................................................................................................62
6. ESTUDIO DE CASO: FLUJO EN MEDIOS POROSOS BAJO UNA PRESA ......................... 67
6.1. Descripción del caso ................................................................................................67
6.2. Módulo Part ............................................................................................................67
6.3. Módulo Property ...................................................................................................... 5
6.4. Módulo Assembly ..................................................................................................... 5
6.5. Módulo Step ............................................................................................................ 5
6.6. Módulo Load ............................................................................................................ 5
6.7. Módulo Mesh ........................................................................................................... 5
6.8. Módulo Job .............................................................................................................. 5
6.9. Módulo Visualization ................................................................................................. 5
7. ESTUDIO DE CASO: ANÁLISIS TERMOMECÁNICO DE UN TUBO ................................. 12
7.1. Descripción del caso ................................................................................................. 5
7.2. Módulo Part ............................................................................................................. 5
7.3. Módulo Property ...................................................................................................... 5
7.4. Módulo Assembly ..................................................................................................... 5
7.5. Módulo Step ............................................................................................................ 5
7.6. Módulo Load ............................................................................................................ 5
7.7. Módulo Mesh ........................................................................................................... 5
7.8. Módulo Job .............................................................................................................. 5
7.9. Módulo Visualization ................................................................................................. 5
8. ESTUDIO DE CASO: ANÁLISIS LÍMITE DE UNA VIGA HIPERESTÁTICA ...................... 12
8.1. Descripción del caso ................................................................................................. 5
8.2. Módulo Part ............................................................................................................. 5
8.3. Módulo Property ...................................................................................................... 5
8.4. Módulo Assembly ..................................................................................................... 5
8.5. Módulo Step ............................................................................................................ 5
8.6. Módulo Load ............................................................................................................ 5
8.7. Módulo Mesh ........................................................................................................... 5
8.8. Módulo Job .............................................................................................................. 5
8.9. Módulo Visualization ................................................................................................. 5
9. ESTUDIO DE CASO: ANÁLISIS DE LAS PROPIEDADES DINÁMICAS DE UN PÓRTICO . 12
9.1. Descripción del caso ................................................................................................. 5
9.2. Módulo Part ............................................................................................................. 5
9.3. Módulo Property ...................................................................................................... 5
9.4. Módulo Assembly ..................................................................................................... 5
9.5. Módulo Step ............................................................................................................ 5
9.6. Módulo Load ............................................................................................................ 5
9.7. Módulo Mesh ........................................................................................................... 5
9.8. Módulo Job .............................................................................................................. 5
9.9. Módulo Visualization ................................................................................................. 5

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GUÍA DE MODELADO CON EL SOFTWARE ABAQUS
SOBRE LA GUÍA
La presente guía tiene como finalidad la introducción al uso del programa comercial Abaqus
a los alumnos de la Universidad Tecnológica Nacional – Facultad Regional Santa Fe que cursan
materias o pertenecen a grupos de investigación donde se utiliza el mismo.
La guía se encuentra dividida en capítulos o secciones donde se aborda una temática
distinta.
En la Introducción, se encuentra un breve resumen de las distintas funciones y opciones
básicas del programa, para comprender cómo se ordena la metodología y las etapas a seguir al
momento de generar y analizar un modelo.
En los estudios de caso, se resuelven paso por paso distintos ejemplos de aplicación
académicos, que se enumeran a continuación:
 Estructura reticulada sometida a cargas puntuales.
 Pórtico bidimensional sometido a cargas puntuales y distribuidas linealmente.
 Viga de gran altura sometida a un estado plano de tensión.
 Tubo de pared gruesa sometido a un estado plano de deformación.
 Flujo en medios porosos bajo una presa de hormigón.
 Análisis termomecánico de un tubo.
 Análisis límite de un pórtico bidimensional sometido a cargas puntuales.

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1. INTRODUCCIÓN
1.1. Sobre Abaqus
Abaqus es un programa de simulación en ingeniería desarrollado por Dassault Systemes,
basado en el Método de Elementos Finitos que puede resolver desde simples problemas lineales
hasta complejas simulaciones no lineales. Abaqus contiene una variada y completa librería de
elementos que pueden modelar prácticamente cualquier geometría. También posee una extensa
lista de modelos de materiales que pueden simular el comportamiento de los materiales más
típicos utilizados en ingeniería, como metales, gomas, polímeros, compuestos de fibras,
hormigón, materiales geotécnicos como suelo y roca. Diseñado como una herramienta de
simulación generalizada, puede ser utilizado para estudiar no solo problemas estructurales (de
tensión/desplazamiento), sino también de transferencia de calor, difusión de masa, análisis
termoeléctricos o termomecánicos acoplados, acústicos, de mecánica de suelos, piezoeléctricos,
electromagnéticos y de dinámica de fluidos.
1.2. Organización del programa
Cuando abrimos Abaqus, nos encontramos con una distribución de elementos en la pantalla
donde podemos observar los componentes que se indican a continuación, y que se detallan en la
Figura 1.1.
Barra de título: nos muestra la información referida al archivo en el que estamos
trabajando, la versión de Abaqus y la ventana de trabajo que se encuentra activa.
Barra de Menú: allí se encuentran las distintas opciones de trabajo que tendremos
disponibles para cada módulo, donde algunas se mantendrán en común (por ejemplo, File, Model,
Viewport, View y Edit) y otras variarán módulo a módulo.
Barra de herramientas: las barras de herramientas brindan acceso rápido a opciones que se
encuentran contenidas dentro de los distintos menús. Pueden personalizarse.
Caja de herramientas: en la caja de herramientas encontraremos botones de acceso rápido
a las distintas herramientas disponibles para el módulo en el que se está trabajando.
Barra de contexto: nos permite navegar por los distintos módulos que posee Abaqus y por
las distintas funcionalidades de cada uno. Por ejemplo, en el módulo “Part”, nos permite navegar
por los distintos modelos y las distintas geometrías o partes.
Árbol de modelo/resultados: los diagramas de árbol nos organizan toda la información
contenida en nuestro modelo para permitirnos una vista y edición rápida de la misma, como
también nos permiten navegar en distintos modelos. En la pestaña “Model” encontramos el
diagrama de árbol referido al modelo en sí, pudiendo trabajar con más de uno; mientras que en
la pestaña “Results” podemos trabajar con distintos archivos de resultados de análisis.
Ventana de trabajo: es una ventana que nos muestra una determinada vista de nuestro
modelo. Abaqus permite trabajar con distintas vistas de manera simultánea, lo cual nos es útil,
por ejemplo, para visualizar distintos modelos de manera simultánea.
Área de mensajes y comandos: allí Abaqus muestra los mensajes de estado, advertencias y
errores que se generan al ejecutar una determinada función. También pueden introducirse
comandos bajo el lenguaje de programación Python.
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1.3. Módulos de trabajo
Abaqus trabaja con distintos módulos, a través de los cuales se ejecutan las distintas
funciones que se necesitan para la generación de un modelo y el análisis del mismo según el
Método de Elementos Finitos. Dichos módulos se encuentran ordenados de manera secuencial,
facilitando de esta manera un orden a seguir al momento de desarrollar un modelo. A
continuación se resumen los mismos con sus principales funciones.
Módulo “Part”: nos permite crear partes individuales a partir del dibujo de las mismas o la
importación de una geometría generada con otro software, así como también la generación o
importación de una malla para una determinada parte.
Al crear una parte, según se muestra en la Figura 1.2, las opciones que nos brinda Abaqus
son: 3D, 2D y axialsimétrico. En cada una de ellas encontramos, además, variables como el tipo
de parte (deformable, rígido discreto, rígido analítico, euleriano) y la característica base (placa,
cable, punto).
Figura 1.2 – Opciones para modelado 3D (izquierda), 2D (centro) y Axialsimétrico (derecha).
Módulo “Property”: allí podremos crear las secciones y materiales para asignar a cada parte,
generar los perfiles para secciones de vigas, definir orientaciones, normales y tangentes para las
distintas secciones, definir la inercia de una parte y crear resortes y amortiguadores entre puntos
o entre puntos y el suelo.
En cuanto a los materiales, se deben definir las propiedades del mismo que serán
necesarias para el análisis que queremos realizar. Las mismas se encuentran clasificadas en
“General” (o General, como la densidad), “Mechanical” (o Mecánicas, como la elasticidad o
plasticidad), “Thermal” (o Térmicas, como la conductividad o calor latente) y “Other” (u Otras,
como la permeabilidad, conductividad eléctrica). En la Figura 1.3 puede observarse el cuadro de
edición de un material, donde se define el nombre y las propiedades del mismo.
Las secciones que podemos crear y asignar a las distintas partes pueden ser del tipo
sólidas, placas, vigas, fluidos y otras, según se muestra en la Figura 1.4. En el caso de que se
trabaje con secciones de viga se deberá, además, generar los perfiles de las mismas. Para ello,
Abaqus posee algunos perfiles predeterminados (por ejemplo, caños rectangulares o circulares,
perfiles I, T y L) permitiéndonos también definir perfiles arbitrarios o generalizados.
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Figura 1.3 – Cuadro de edición de un material.

Figura 1.4 – Creación de una sección sólida (arriba, izquierda), de placa (arriba, derecha.), de viga
(abajo, izquierda) u otra (abajo, derecha).
Módulo “Assembly”: en este módulo se crean y ensamblan las instances (subdominios que
componen el problema). Esto nos permite definir el tipo de mallado que aplicaremos (dependiente
o independiente) y asignarle a las distintas partes una orientación, posición relativa, etc.
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Si se trabaja con un modelo en el cual se presenta
varias veces la misma pieza (por ejemplo, un reticulado en el
cual más de una barra tiene la misma longitud y sección), no
es necesario generar una parte para cada una de ellas, sino
que Abaqus nos presenta la opción de crear una misma parte
y luego ensamblarla más de una vez.
En cuanto a la creación de una instance, según se
muestra en la Figura 1.5, nos da las opciones para que,
luego, la malla se haga en la parte o en el modelo
ensamblado. En el primer caso, la malla es del tipo
dependiente y todas las veces que la parte se haya
ensamblado, tendrá la misma malla. En el segundo caso, la
malla es del tipo independiente, lo que significa que por más
que se ensamble más de una vez una misma parte, puede
generarse una malla distinta para cada una de ellas. Esto nos
puede ser útil en el caso de que tengamos repetida una
misma parte y necesitemos refinar el mallado en alguna de
ellas.

Figura 1.5 – Ensamblado de las partes.
Módulo “Step”: nos permite generar y definir los distintos estados de carga y las variables
asociadas a los mismos que se incluirán en los resultados. Cada estado de carga se denomina
“paso” o “step”, y pueden generarse de manera secuencial (ejecutar un step al finalizar uno
previo) o superponerse. Por defecto, cada modelo cuenta con el step Inicial.
Las distintas opciones que nos presenta Abaqus se clasifican según el procedimiento,
General o de Perturbación lineal. Dentro de los estados generales, las opciones que se presentan
son varias, por ejemplo, se puede configurar un análisis estático general, dinámico, de
transferencia de calor, geoestático, etc. Dentro de las opciones de Perturbación lineal los análisis
son, entre otros, de frecuencia o de perturbación lineal estática. En la Figura 1.6 se muestra el
cuadro de diálogo para la creación de un step.

Figura 1.6 – Creación de un step.
Módulo “Interaction”: allí podremos especificar interacciones entre distintas regiones de un
modelo. Dentro de las interacciones que Abaqus soporta encontramos, por ejemplo, interacciones
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de contacto, fundaciones elásticas, radiación desde o hacia un ambiente, ondas incidentes,
impedancia acústica, restricciones de cuerpo rígido, inercias, resortes, amortiguadores, etc.
Para poder especificar una interacción, sea del tipo que sea, necesitamos primero crear la
propiedad de dicha interacción, según las opciones que se presentan en la Figura 1.7. Luego de
definido esto, podemos si establecer la interacción, teniendo en cuenta que dependen de los
estados de carga, por lo que al momento de definirlas se debe seleccionar a qué step se aplica la
misma y sólo nos permitirá seleccionar interacciones compatibles con dicho step. En la Figura 1.8
se muestra el cuadro de diálogo para crear una interacción.

Figura 1.7 – Creación de una propiedad
de interacción.

Figura 1.8 – Creación de una interacción.
Módulo “Load”: en este módulo se crearán las cargas, condiciones de borde y campos que
se aplicarán en cada estado de carga. Todos estos elementos dependen del tipo de step que se
definió, por lo que al momento de crear alguna de ellas, deberemos seleccionar el step y se
mostrarán las opciones compatibles con el mismo.
En cuanto a las condiciones de borde, denominadas BC (por Boundary Condition) tenemos,
por ejemplo en un análisis estático, condiciones de desplazamiento, rotación, velocidad, etc. Es
importante también tener siempre presente el sistema de coordenadas en el que se trabaja, ya
que las condiciones de borde se aplicarán en las direcciones que se indiquen. En la Figura 1.9 se
muestran las condiciones de borde disponibles para dos estados de carga distintos.
Respecto a las cargas, denominadas Load, también dependerán del tipo de step en el cual
se aplican. Abaqus ofrece una gran variedad de cargas donde las mismas pueden variar su
amplitud y/o su forma según se requiera. Por ejemplo, si se aplica una carga lineal, la misma
puede ser constante, variar linealmente o según funciones trigonométricas como el seno o
coseno. En la Figura 1.10 se muestran las opciones de cargas para un análisis estático general.
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