Para garantizar la funcionalidad de nuestros diseños debemos cumplir con criterios de resistencia y deflexiones. Claramente, es menester garantizar que nuestras piezas o estructuras no se deformen permanentemente (comportamiento plástico del material) ante las solicitaciones presentadas, ni que, por otro lado, haya desplazamientos que comprometan la integridad del sistema o la seguridad de las personas. Pero además de lo anterior, también debemos cubrir los requisitos de estabilidad, los cuales no siempre son tomados en cuenta en la práctica.

Cuando hablamos de estabilidad en sistemas materiales en equilibrio, tenemos que hacer alusión al fenómeno del pandeo. La falla por pandeo se presenta cuando una carga crítica, a compresión, ocasiona un cambio estructural dramático y repentino, desestabilizando el sistema y, con frecuencia, ocasionando grandes deformaciones. Es frecuente observar deformaciones cóncavas o convexas de los elementos de máquinas delgados o elementos estructurales que presentan esta falla.

En elementos esbeltos sometidos a compresión, como columnas y vigas de longitud considerable, es importante tomar en cuenta el pandeo como fenómeno que podría ocurrir. Algo importante a considerar es que la carga a compresión puede ser mucho menor de lo necesario para ocasionar la fluencia del material, pero aún así podría ocasionar el pandeo de la estructura. Esto quiere decir que la estructura podría fallar primero por pandeo antes que por compresión o flexión.

En SOLIDWORKS Simulation Professional tenemos un módulo específico para estimar si una estructura falla o no debido a pandeo. Esto se consigue a través de un análisis que reporte el Factor de Seguridad de Pandeo (Buckling Factor of Safety, BFS), el cual es el número por el que la carga aplicada debe ser multiplicado para convertirse en una carga crítica. Cuando el BFS está entre 0 y 1, o cuando es exactamente igual a 1, entonces podríamos asegurar que ocurrirá pandeo en nuestro diseño.

Por otro lado, hay que considerar que durante el incremento de la carga crítica en la estructura ocurren fenómenos no-lineales que no se toman en cuenta en el análisis anterior. Estos fenómenos no-lineales podrían ser:

  • Comportamiento inelástico o no-linear del material antes de la inestabilidad.
  • Re-alineación de la presión aplicada durante la deformación.
  • Grandes desplazamientos antes del pandeo.

Estos casos más complejos (que son los que ocurren en la realidad, lejos de las idealizaciones calculistas), pueden abordarse con SOLIDWORKS Simulation Premium, en su módulo No-Linear.

Con esta herramienta, podríamos analizar el problema usando el Método de Longitud de Arco (Arc Length Method), el cual nos brinda una alternativa que no depende de las fuerzas o desplazamientos incrementales. Incluso, puede ayudarnos a evaluar el post-pandeo de la estructura o pieza, o ayudarnos a identificar la ocurrencia del snap-through, del cual hablaremos en otra oportunidad.

Con un buen uso de los módulos SOLIDWORKS Simulation Professional y SOLIDWORKS Simulation Premium podría realizarse un análisis completo del fenómeno de pandeo en nuestros diseños. En primer lugar se analizaría el caso desde el punto de vista lineal y luego, después de un ajuste fino en las condiciones de borde, podríamos realizar un análisis no-lineal. Así garantizaríamos unos resultados confiables y conservadores.

Salvador Suniaga / Ingeniero de aplicaciones FEA-CFD-PDM en Cad Solutions S.A

 

 

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