Algunas veces cuando nos enfrentamos a un proyecto de simulación confiamos en que la tecnología se hará cargo de la ingeniería, como si una suerte de inteligencia artificial tomara por nosotros las decisiones más importantes del diseño y verificación de la resistencia del material. Nada más alejado de la realidad.

La verdad es que el diseñador o ingeniero que desee usar las herramientas de simulación debe hacer uso constante de su criterio académico y profesional para tomar las mejores decisiones posibles. El software, por más potente que sea, nunca podrá sustituir un criterio de ingeniería bien formado.

Antes de empezar una simulación estructural, esto es, una simulación que analice la rigidez y resistencia de los componentes modelados, recomendaría estos cinco pasos para alcanzar mejores resultados en menos tiempo

1. Idealizar y «limpiar» el modelo

Existe la creencia popular de que mientras más detallado sea el modelo 3D a simular, más precisa será la simulación. Esto, de hecho, es lo contrario.

Debemos recordar que nuestro modelo 3D pasará por un proceso de discretización (de división en pequeños y finitos elementos) que, mientras más elementos contenga, más ecuaciones a resolver se tendrán que procesar. Entonces, si en el modelo 3D a simular incluimos, por ejemplo, relieves, detalles, rebordes, componentes que no aportan al problema físico o componentes sustituibles por las condiciones de borde o por los conectores virtuales que nos ofrece SolidWorks Simulation, estamos sobrecargando la malla del modelo y estamos desenfocándonos del verdadero problema físico a resolver.

Se recomienda, empero, ingresar a la simulación con el modelo más simplificado posible, sin que tenga que sacrificarse o desvirtuarse las condiciones físicas del problema.

2.Conocer los alcances del estudio a realizar

No es lo mismo simular un problema dinámico a uno estático, ni simular un problema lineal a uno no-lineal. Dentro de los problemas estáticos, ¿qué buscamos? ¿El cálculo de fatiga, la determinación del pandeo o simplemente el factor de seguridad ante cargas típicas?

Todas estas decisiones deben conocerse de antemano, pues requieren de datos y configuraciones diferentes del software. Cada problema específico tiene sus algoritmos de solución específicos, sin mencionar las diferentes exigencias de los recursos del computador.

Lo recomendable sería elaborar una lista de los análisis que se desean resolver, las propiedades mecánicas de los materiales que se necesitan, las curvas, los coeficientes y demás requisitos. Luego, hacer cada simulación desde la más sencilla hasta la más compleja; desde las estáticas hasta las dinámicas, desde las lineales hasta las no-lineales

3.Definir el tipo de elemento de mallado

SolidWorks Simulation ofrece la muy conveniente oportunidad de simular elementos tetraédricos, shells y beams a la vez. Esto significa que si tenemos un ensamblaje compuesto de piezas «sólidas» (que tienen altura, ancho y profundidad significativas), piezas delgadas o superficies y piezas estructurales como vigas, entonces podemos simular todo el conjunto sin problemas.

Sin embargo, al combinar varios tipos de elementos tenemos que estar muy claros sobre cómo configurar los contactos entre ellos. Cuando hacemos un procesamiento simultáneo de tetraedros, shells y beams, estamos uniendo los nodos de estos elementos, y debemos recordar que, dependiendo del elemento, se restringen algunos grados de libertad más que en otros.

Dicho esto, una metódica supervisión de los contactos locales entre los distintos componentes de nuestro modelo nos garantizará un procesamiento correcto de la simulación.

4.Verificar el mallado

Una técnica muy útil para ahorrar tiempo consiste en ir directamente a la etapa de mallado. Antes de configurar los materiales, sujeciones y cargas, se puede probar en primer lugar si el modelo a simular es «mallable» o no. Durante un proyecto de simulación, lo que suele tardar más es la etapa de preprocesamiento, y dentro del preprocesamiento, el mallado es lo que típicamente requiere mayor esfuerzo de configuración y verificación.

Conviene, entonces, cerciorarse de que nuestro modelo 3D no contenga interferencias, o que la malla corra sin problemas, o que sea posible mallarlo con un número apropiado de elementos. Una vez verificado esto, se puede continuar con el resto de la configuración de la simulación.

5.Interpretar los resultados

Interpretar los resultados de la simulación va mucho más allá de guiarse automáticamente por la escala cromática que conseguimos al final del cálculo. La manera correcta de pensar en los softwares de simulación (sea SolidWorks Simulation o cualquier otro) sería considerarlos como calculadoras súper avanzadas y no como sustitutos del ingeniero.

Los resultados deben tomarse en cuenta verificando que no existan singularidades en el mallado o reflexionando sobre las magnitudes obtenidas, para ver si confirman o contradicen lo esperado. Si una pieza es simétrica y su sistema de cargas y restricciones también es simétrico, lo más razonable es que su concentración de esfuerzos también sea simétrica. Los esfuerzos concentrados en esquinas vivas, vértices o rebordes deberían ignorarse. Se debe hacer un uso avezado de la herramienta Probe (Probar) para medir la magnitud de los resultados en las zonas problemáticas e ir estimado así los valores promedio. Se recomienda enormemente verificar que los resultados sean independientes de la malla utilizada (podría hacerse un análisis de convergencia), así como también, si es posible, y tomando en cuenta sus limitantes, corroborar el análisis numérico de la simulación con estimaciones teóricas.

Existen otras perspectivas y enfoques más allá de estos consejos para mejorar y acelerar nuestro desempeño en los proyectos de simulación. No obstante, partiendo de esta base podríamos ver algunos cambios favorables en la manera de pensar los problemas a los que nos enfrentamos. En este sentido, SolidWorks Simulation, con una interfaz centrada en la intención del diseño y no en la experticia del software, nos ofrece una herramienta flexible e intuitiva que le permite al usuario tomar y reflexionar sobre sus decisiones con más facilidad.

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

 

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