Los ingenieros/as y técnicos/as nos preguntamos continuamente la manera de mejorar, reducir y economizar cualquier diseño. Esto, nos permite crear un valor diferencial entre nuestro producto y el de la competencia. Pero, por más que consigamos eficientar a nivel de cálculo estructural un diseño, necesitamos corroborar y tener la certeza que ese nuevo sistema va a poder ser viable y resistente en la vida real.
Para ello, disponemos de una serie de herramientas, como son los simuladores en 3D, programas de análisis por elementos finitos. ¿Qué son y para qué sirven? Os lo explico a continuación:
¿Qué es la simulación por elementos finitos?
La simulación por elementos finitos (Finite Element Analysis, FEA) es un método utilizado en ingeniería y ciencia de los materiales para predecir el comportamiento de estructuras y sistemas sometidos a cargas y deformaciones.
Se basa en la discretización del objeto o estructura en pequeñas partes o elementos, y se utiliza para calcular las tensiones, deformaciones y otros parámetros de interés en cada elemento. Estos resultados se pueden utilizar para evaluar la resistencia y la seguridad de la estructura, así como para optimizar su diseño.
¿Para qué sirve la simulación por elementos finitos?
La FEA se utiliza en una amplia variedad de aplicaciones, incluyendo el diseño de máquinas, estructuras, vehículos, dispositivos electromecánicos y muchos otros productos.
Se puede utilizar para simular distintos escenarios y condiciones, como cargas máximas, vibraciones, deformaciones térmicas y muchos otros fenómenos físicos. Es una herramienta valiosa para los ingenieros que buscan entender el comportamiento de los sistemas y optimizar su diseño.
¿En qué aplicaciones se utiliza el Análisis y la Simulación por Elementos Finitos?
La simulación por elementos finitos (FEA) se utiliza en ingeniería y ciencia de los materiales para predecir el comportamiento de estructuras y sistemas sometidos a cargas y deformaciones. Se puede utilizar para evaluar la resistencia y la seguridad de una estructura o producto, así como para optimizar su diseño. Algunas aplicaciones comunes de la FEA incluyen:
- Diseño de máquinas y equipos: La FEA se puede utilizar para simular el comportamiento de piezas mecánicas y estructuras sometidas a cargas dinámicas o estáticas, y para evaluar su resistencia y durabilidad.
- Diseño de estructuras: La FEA se puede utilizar para evaluar la resistencia de estructuras de edificios, puentes, plataformas offshore y otros elementos estructurales sometidos a cargas externas como el viento, la nieve y el sismo.
- Diseño de vehículos: La FEA se puede utilizar para evaluar la resistencia y la seguridad de componentes de vehículos, como chasis, ruedas y estructuras de carrocería, sometidos a cargas dinámicas durante su uso.
- Diseño de dispositivos electromecánicos: La FEA se puede utilizar para evaluar el comportamiento de dispositivos electromecánicos sometidos a cargas dinámicas o estáticas, y para optimizar su diseño.
Además de estas aplicaciones, la FEA se utiliza en una amplia variedad de otras industrias y campos, como la biomedicina, la industria aeroespacial, la industria del petróleo y el gas y muchos otros.
¿Cómo se hace una simulación por Elementos Finitos?
Para hacer una simulación por elementos finitos (FEA), necesitarás seguir los siguientes pasos:
- Define el problema: Primero, debes determinar qué es lo que quieres simular y qué resultados estás tratando de obtener. Esto incluye definir la geometría del objeto o estructura que estás simulando, las cargas y deformaciones a las que estará sometido, y los parámetros de interés (como tensiones, deformaciones, etc.).
- Modela la geometría: A continuación, debes crear un modelo 3D de la geometría del objeto o estructura que estás simulando. Esto se puede hacer utilizando software de modelado 3D, como SolidWorks o AutoCAD.
- Discretiza el modelo: Una vez que tienes el modelo 3D, debes discretizarlo en pequeñas partes o elementos. Esto se hace dividiendo la geometría en piezas más pequeñas que pueden ser analizadas individualmente.
- Asigna las propiedades de los elementos: A continuación, debes asignar las propiedades de los elementos, como la elasticidad o la resistencia a la tracción. Esto se hace utilizando un modelo de material o un conjunto de leyes constitutivas que describan cómo el material se deforma y se comporta bajo carga.
- Define las condiciones de contorno: Las condiciones de contorno son las restricciones que se aplican al modelo, como apoyos o empotramientos. Debes definir cómo estarán fijadas o sujetas las distintas partes del modelo.
- Resuelve el modelo: Una vez que tienes el modelo discretizado y las propiedades y condiciones de contorno definidas, puedes resolver el modelo utilizando software de simulación por elementos finitos. Esto calculará las tensiones, deformaciones y otros parámetros de interés en cada elemento del modelo.
- Analiza los resultados: Una vez que tienes los resultados de la simulación, debes analizarlos para evaluar el comportamiento y la resistencia del objeto o estructura simulada. Esto puede incluir la visualización de gráficos y mapas de resultados, así como la comparación con los límites de diseño o con resultados experimentales.
- Optimiza el diseño: Si el modelo no cumple con los requisitos de resistencia o si hay margen para mejorar el diseño, debes volver al paso 2 y modificar el modelo o las propiedades de los elementos para optimizar su comportamiento. Luego, debes volver a resolver el modelo y analizar los resultados para ver si se han.
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