Estudio de impacto de sólidos deformables mediante la simulación por software de elementos finitos

Abstract

En este trabajo se presenta un procedimiento para el estudio de impacto de sólidos deformables mediante la simulación por software de elementos finitos. Para desarrollar el mencionado procedimiento, se realizó inicialmente un estudio de los diferentes métodos analíticos, computacionales y experimentales relacionados con este fenómeno. Con el estudio de los métodos analíticos, se resolvieron problemas básicos de impacto longitudinal, transversal y torsional en vigas con diferentes objetos proyectiles. Adicionalmente, mediante el estudio de los métodos computacionales, se realizaron las simulaciones de los mismos problemas básicos utilizando el software de elementos finitos ANSYS v14. Los resultados obtenidos mediante simulación fueron comparados con los resultados de los métodos analíticos y de otros autores encontrando que los métodos computacionales brindan resultados más confiables debido a que consideran efectos geométricos, inerciales, y no lineales. Adicionalmente, se encontró que para impactos a bajas velocidades el método de integración implícita en el tiempo es el más adecuado y el explícito lo es para impacto a altas velocidades. Finalmente, se determinó que para analizar el fenómeno de impacto es necesario conocer las frecuencias naturales y modos de vibración del sistema. Estas propiedades definen los parámetros de simulación por software de elementos finitos tales como el incremento del paso de tiempo (Time Step) y tiempo de simulación (End Time). Así, con lo anteriormente mencionado, se elaboró el procedimiento tomando en cuenta el pre-procesamiento, solución y postprocesamiento del problema. El mencionado procedimiento presenta detalles del modelo matemático que se debe desarrollar, del análisis del comportamiento dinámico del modelo desarrollado, de la elección del algoritmo implícito o explícito para la solución del problema y de la revisión de los resultados obtenidos para refinar el análisis. Como ejemplo de aplicación del procedimiento desarrollado se estudia una estructura FOPS (Falling Object Protective Structure) obteniendo resultados esperados de deformación plástica.