Descripción y contextualización de la asignatura

En esta asignatura se analizan diversos aspectos del diseño mecánico asistido por computador y simulación numérica de procesos de transformación de materiales.



Los objetivos específicos de aprendizaje de la asignatura son el estudio de las técnicas numéricas de simulación mediante el método de los elementos finitos y su aplicación en los procesos de transformación de materiales como es el de inyección de termoplásticos. En concreto se desea:

Adquirir nociones fundamentales sobre diseño de piezas, conociendo así mismo las implicaciones de no seguir dichas recomendaciones.

Conocer los modelos matemáticos que se emplean para simular los procesos de transformación, de manera que se comprenda el significado de los parámetros que el programa usa para simular el comportamiento del material. El alumno será capaz de editar un nuevo material, introduciendo los parámetros necesarios dependiendo del tipo de análisis

Comprender los requisitos que debe cumplir una malla en función del análisis que se desee lanzar.

Entender los distintos niveles tipos de análisis, conociendo qué resultados se pueden obtener en cada caso



Entre las competencias instrumentales a desarrollar, se plantea como objetivo que el alumno al finalizar la asignatura sea capaz de realizar una simulación numérica de obtención de una pieza mediante inyección de termoplástico.

Resultados del aprendizaje de la asignatura

Saber diseñar componentes hechos de material termoplástico mediante la utilización de técnicas de simulación numérica

Convocatoria ordinaria: orientaciones y renuncia

El alumno deberá asistir al 80% de las clases teóricas como mínimo.

La evaluación continua se realizará mediante la valoración del trabajo final de simulación del proceso de inyección de una pieza real, actitud en las clases teóricas y prácticas, solución de ejercicios y resultado del examen correspondiente a la primera parte de la asignatura.



Además de la evaluación continua, el alumno tendrá derecho a presentarse a las convocatorias ordinarias y extraordinarias correspondientes.



En el caso de que las condiciones sanitarias impidan la realización de una actividad docente y/o evaluación presencial,se activará una modalidad no presencial de la que los/las estudiantes serán informados puntualmente.

Temario

Nociones generales sobre diseño de componentes de diferenes materiales.

Introducción a los modelos de transmisión de calor empleados en simulación CAE.

Descripción general del método de elementos finitos.

Consideraciones sobre las no linealidades de material y su inclusión en la simulación mediante MEF

Flujo laminar: tensión y velocidad de cizalla. Fluidos Newtonianos. Fluidos pseudoplásticos y ley de potencia. Ecuaciones de flujo en geometría cilíndrica y en placas paralelas. Componente elástica del flujo: introducción y estimaciones basadas en modelos aproximados

Mallado. Análisis de Llenado. Análisis de empacado. Análisis de enfriamiento. Análisis de contracción y deformación



TEMARIO:



TEMA 0: INTRODUCCIÓN A LA ASIGNATURA



I. Introducción a la simulación numérica de problemas físicos y diseño CAE.

II. Repaso al álgebra de las matrices.



TEMA I: ASPECTOS GENERALES DEL METODO DE ELEMENTOS FINITOS



1. Elementos finitos en análisis estático lineal. Una primera descripción del MEF y de su utilización en diseño mecánico

Breve descripción histórica. Campo de aplicación. Organización de un programa de elementos finitos

2. Matriz de rigidez en sistemas lineales

Funciones de interpolación, coordenadas naturales y solución aproximada. Relaciones fundamentales en un elemento. Cálculo de la matriz de rigidez de un elemento. Matriz de rigidez del modelo, ligaduras, propiedades. Un caso práctico de formación de la matriz de rigidez.

3. Análisis de modelos bidimensionales

Tipos y aplicaciones de análisis bidimensionales en diseño de máquinas. Propiedades y aplicaciones de elementos barra y viga. Elemento triangular y cuadrilátero lineal. Otros elementos; de orden superior y de transición. Criterios y aspectos prácticos para discretización 2D.

4. Análisis de modelos tridimensionales

Aspectos generales del análisis tridimensional. Elementos barra y viga. Consideraciones generales sobre los elementos sólidos. Elementos finitos para modelos de placas y de cáscaras. Criterios y aspectos prácticos para discretización 3D

5. Introducción a la dinámica estructural

Aspectos generales; problemas estáticos, cuasiestáticos y dinámicos. Planteamiento de la ecuación general de equilibrio dinámico. Matrices de masa y de amortiguamiento. Modelos para análisis dinámico

6. Análisis resistente no lineal mediante ANSYS.

No linealidades geométricas. No linealidades de material. Problemas de contacto.



TEMA II: SIMULACION DE PROCESOS DE INYECCION DE TERMOPLASTICOS. MOLDFLOW



7. El Proceso de inyección de TP.

La máquina de inyección. El ciclo de inyección. El molde de Inyección.



8. Comportamiento de materiales TP en inyección.

Variables de proceso. Diagramas PvT. Transmisión de calor por conducción, convección y radiación. Ecuaciones de Fourier. Soluciones para geometrías sencillas. Defectos en piezas inyectadas.



9. Principios de Diseño/Transformación

Principios generales de diseño. Aspectos de diseño de cara a la transformación y a la resistencia mecánica de la pieza. Deformación debida a contracción diferencial, enfriamiento diferencial y empacado diferencial. Redondeos y puntos de concentración de tensiones. Consideraciones básicas sobre el molde de inyección. Diseño para simplificación del molde.



10. Introducción a los modelos Reológicos empleados en Simulación CAE de procesos de Transformación de Termoplásticos.

Flujo laminar: tensión y velocidad de cizalla. Fluidos Newtonianos. Fluidos pseudoplásticos y ley de potencia. Ecuaciones de flujo en geometría cilíndrica y en placas paralelas. Componente elástica del flujo: introducción y estimaciones basadas en modelos aproximados



11. Simulación CAE de inyección de TP mediante MOLDFLOW.

Mallado. Análisis de Llenado. Análisis de empacado. Análisis de enfriamiento. Análisis de contracción y deformación. Análisis de coinyección. Análisis de inyección asistida por gas.

Bibliografía

Materiales de uso obligatorio

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Bibliografía básica

"Métodos de analisis para diseño mecanico" Rafael Avilés, Servicio de Publicaciones ETSII Bilbao

"Building better products with finite element analysis" Adams&Askenazi, OnWord Press;ISBN-13: 978-1566901604

"Finite element analysis: theory and application with ansys" Moaveni;Prentice Hall;ISBN-13: 978-0131112025

"Designing with plastics and composites : a handbook." Rosato, Donald; Springer; ISBN-13: 978-0442001339

"Successful injection molding: process, design, and simulation" Beaumont, Nagel, Sherman;Hanser Gardner Publications;ISBN-13: 978-1569902912

Bibliografía de profundización

The Finite Element Method and Applications in Engineering Using Ansys® Erdogan Madenci, Ibrahim Guven



"Successful injection molding: process, design, and simulation" Beaumont, Nagel, Sherman; Hanser Gardner Publications.



"Plastics Engineering", 3rd Ed., R. J. Crawford; Elsevier, Oxford, 1998.



Manuales de ayuda de Moldflow