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SIMULACIÓN

La mayoría de programas para realizar simulaciones utilizan el método de los elementos finitos (FEM, Finite Element Method). Este método se basa en dividir el modelo o geometría en múltiples partes pequeñas llamadas Elementos. De esta forma pasamos de tener un problema complejo a tener multitud de problemas más sencillos y que pueden ser resueltos de forma simultánea en menos tiempo. Estos Elementos comparten entre ellos puntos comunes llamados Nodos.

En los programas basados en FEM se formulan ecuaciones matemáticas que rigen el comportamiento de cada uno de los elementos teniendo en cuenta su conectividad con los demás elementos a través de los nodos. Las ecuaciones matemáticas empleadas en un Estudio Estático definen los desplazamientos de cada uno de los nodos en las direcciones X, Y y Z en función de la carga, las restricciones de movimiento y las propiedades mecánicas del material empleado entre otros aspectos. El desplazamiento de cada uno de los nodos permite al programa calcular las deformaciones unitarias en las diferentes direcciones y las tensiones resultantes.

El post-procesado representa el modelo tridimensional con una gama de colores que indica las tensiones, deformaciones u otros resultados que aparecen con las condiciones de contorno definidas (sujeciones, material, cargas, etc.)

Los estudios que puede realizar SolidWorks son los siguientes, aunque debemos tener en cuenta que las ecuaciones matemáticas que se emplean en cada caso no son exactamente las mismas:

  1. Estático: permite conocer cómo se deforma el modelo ensayado bajo la acción de cargas y cómo éstas se transmiten a través del mismo. Estos análisis no tienen en cuenta las fuerzas inerciales y suponen un comportamiento lineal del material simulado (el material recupera su forma original cuando la carga aplicada desaparece).
  2. De frecuencia: un sólido alterado de su posición de descanso tiende a vibrar con ciertas frecuencias denominadas naturales o resonantes. La frecuencia natural más baja se denomina frecuencia fundamental y para cada frecuencia natural el sólido adquiere una determinada forma modal. El estudio de frecuencia calcula las frecuencias naturales y las formas modales asociadas.
  3. De pandeo: Los modelos de gran longitud y pequeña sección que son sometidos a cargas axiales compresivas sufren grandes deformaciones laterales antes de que se produzca la rotura. Esto se conoce como pandeo.
  4. Térmicos: estudia la transferencia de calor. Puede evaluar los cambios de temperatura en un modelo tridimensional (gradientes y flujos térmicos) y conocer cómo éstos provocan tensiones, deformaciones y desplazamientos en cada uno de los elementos que definen el modelo evaluado.
  5. De caída: permite simular el comportamiento de un modelo o ensamblaje bajo las condiciones de choque producidas por un impacto. Se evalúa el efecto del impacto sobre el modelo cuando cae de una altura determinada o es proyectado sobre una superficie fija e inmóvil a una velocidad específica. Con estos estudios se pueden obtener gráficos de desplazamiento, velocidades, aceleraciones, deformaciones y tensiones sobre el modelo y conocer su interacción con otros modelos cuando se trate de un ensamblaje.
  6. De fatiga: estos estudios predicen el comportamiento del modelo cuando está sometido a cargas mecánicas y/o térmicas fluctuantes en el tiempo. La simulación indica la forma en que la fatiga afectará a la vida total del producto (número de ciclos) y detecta las áreas del modelo donde empezarán a aparecer los primeros daños.
  7. No lineal:
  8. Dinámica lineal:
  9. Diseño de recipientes a presión:
  10. De diseño: permiten diseñar productos con el material justo y necesario sin que se rompa durante su funcionamiento normal a lo largo de su ciclo de vida. Con estos estudios se consigue optimizar un diseño al máximo.

 

Deformación unitaria: es la proporción entre el cambio de longitud del modelo y la longitud inicial del mismo. Se expresa de forma adimensional.

Para conseguir un resultado más preciso en nuestra simulación, debemos reducir las dimensiones de nuestros elementos (tetraedros) y aumentar el número de nodos (pasar de triángulos a cuadrados, heptágonos, hexágonos, etc.)

El método de elementos finitos resuelve ecuaciones diferenciales sobre cada uno de los nodos del modelo mallado y extiende la solución, de forma aproximada y mediante interpolación, al resto de puntos que no son nodos. El post-procesado final permite visualizar el resultado del análisis sobre el mismo modelo 3D y en colores por el suavizado y la interpolación de los resultados numéricos obtenidos.

Con estos programas es recomendable utilizar un mallado grueso (más grande) en los análisis previos para obtener soluciones más rápidas y aumentar la precisión del mallado cuando tengamos el modelo final.

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