SolidWorks no solo se limita a ofrecer servicios de diseño mecánico en 3D, la oferta van desde soluciones de CAD 2D, 3D hasta aplicaciones en el ámbito de la manufactura, renderización, simulación, esquemático, eléctrico, entre otras opciones.
En nuestro caso, nos interesa la simulación. El análisis por simulación es representación matemática de un modelo en cierta situación física. Para entrar al mundo de la simulación, los análisis estáticos son los casos más básicos y aconsejables para poder comenzar. Los análisis estáticos son simples y no requieren de cargas no lineales.
Simulación
El análisis por simulación se anda impulsando fuertemente en el ámbito industrial debido a su avance tecnológico, en su ahorro al evitar gastar dinero en prototipado, y en sus múltiples ventajas. La principal ventaja de la simulación es que tu producto puede salir rápido al mercado debido a la agilidad que representan estos análisis computacionales, y al mismo tiempo representan un bajo costo.
La simulación en CAD ofrece generalmente estos tres tipos de análisis:
- FEA: Finite Element Analysis
- CFD: Computational Fluid Dynamics
- Cinemática y dinámica de cuerpos rígidos
FEA o análisis de elementos finitos son los análisis que contemplan cuerpos complejos de analizar, CFD o dinámica computacional de fluidos son los análisis que contemplan fluidos, sea líquido y gaseoso, y cinemática y dinámica de cuerpos rígidos solucionan problemas con modelos que se suponen que no se deforman.
FEA contiene análisis estáticos, dinámicos, modales, térmicos, estacionarios y transicionales, y fatiga. Entremos a entender un poco qué es un análisis estático para comprender las bases de la simulación.
Análisis estático
Cuando las cargas ejercidas en el objeto a analizar – sean fuerzas, presión, torque, entre otras – no varían con el tiempo, se puede hablar de análisis estático. Este tipo de análisis es el más sencillo de hacer y, al mismo tiempo, de los más valiosos en muchas industrias que crean elementos estructurales, y que no necesitan realizar análisis físicos de material en movimiento.
Para entender un poco más qué es y cómo se hace este análisis, trabajaremos con SolidWorks Simulation en un caso de simulación.
Creando un análisis estático en SolidWorks Simulation
Para este caso se trabaja con una viga en I. En esta viga los dos extremos quedarán fijos o empotrados para la simulación, y en la cara superior habrá una presión que vaya en dirección hacia abajo. Para comenzar el análisis estático, se abre SolidWorks Simulation dentro de SolidWorks, ya con la pieza cargada.
Al entrar a SolidWorks Simulation nos aparece un nuevo menú con varias opciones para crear nuestro análisis. Para este caso, se trabajará con las opciones de sujeciones y presiones, que es lo que se necesita para construir la simulación.
Primero, se crean sujeciones de las dos caras del extremo. Las sujeciones sirven para que cierta parte del cuerpo del objeto a simular no experimenten ningún esfuerzo o deformación.
Después de crear las sujeciones, se ponen las cargas. La carga para este caso sería la presión, pero recordemos que las cargas son cualquier tipo de acción que hace que en el objeto haya esfuerzos. El esfuerzo en un cuerpo crea deformaciones.
Se crea una presión de 10 MPa normal a toda la cara superior de la viga que va hacia abajo. Esta presión se crea con la opción de asesor de cargas de SolidWorks.
Para los análisis estáticos, el mallado también es una parte importante del proceso. La malla en una simulación es la división necesaria del objeto a simular para la creación del análisis de esfuerzos del objeto. Por ende, entre más delgada la malla, más preciso y fino serán los resultados, pero también más demorado será el proceso y se requerirá de un software mejor.
En SolidWorks Simulation no es necesario hacer una malla, ya que se crea automáticamente. Sin embargo, se pueden controlar algunos parámetros de mallado, tales como qué tan gruesa o fina es la malla, y el tamaño y espaciado de los elementos de la malla. Ya teniendo todo listo para cargar los resultados, se ejecuta el estudio. Se muestra la deformación en tiempo real y se crea el análisis, el cual se divide en tres: Tensión de Von Mises, deformación y desplazamiento.
La tensión de Von Mises es un criterio de falla que es útil sobre todo para materias dúctiles como los aceros. Este criterio predice la falla de los materiales bajo cargas mecánicas.
Las deformaciones son qué tanto cambia el material con respecto a su estado inicial donde no estaba bajo ninguna carga. Normalmente, se mide en milímetros, pero también se puede medir de manera unitaria y adimensional al comparar la longitud después de la deformación con la longitud original.
Por último, los desplazamientos son la medida del cambio de posición del material respecto a su posición inicial.
Todos estos resultados en conjunto hacen parte del análisis estático. Hay muchas maneras de crear tu propio análisis, como tener un criterio de falla diferente al de Von Mises. Sin embargo, estos son los más utilizados y son los recomendados para ir entendiendo cómo hacer simulación básica.
La simulación contiene muchas soluciones a muchos casos de la vida real sin necesidad de crear la situación física en la vida real. El análisis estático es una de estas soluciones que antiguamente era difícil tener la oportunidad de probarla. Pero, gracias al avance de la tecnología, cada vez es más accesible esta herramienta computacional, e inclusive hasta algunas más potentes de simulación avanzada. El análisis estático es importante y útil a pesar de ser lo más básico en
cuanto a simulación y puede solucionar problemas a nivel ingenieril de empresas e industrias.
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