La simulación en ingeniería se ha convertido en una herramienta clave para optimizar el diseño y garantizar el rendimiento de los productos antes de su fabricación. Sin embargo, un uso inadecuado de estas herramientas puede llevar a errores costosos, resultados poco confiables y decisiones de diseño equivocadas. Para evitar estos problemas, es fundamental comprender los errores más comunes y cómo corregirlos con soluciones avanzadas como las que ofrece 3DEXPERIENCE.
En un artículo anterior, abordamos la importancia de la simulación en el proceso de diseño y cómo su implementación estratégica puede mejorar la eficiencia y reducir costos.
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Siguiendo esa línea, en este artículo exploraremos cinco errores comunes en la simulación de ingeniería y cómo evitarlos, con recomendaciones basadas en las mejores prácticas y en el uso de herramientas avanzadas.
Errores comunes en simulación
Error #1: No definir correctamente las condiciones de frontera
Las condiciones de frontera son fundamentales en cualquier análisis de simulación, ya que definen cómo las piezas o ensamblajes interactúan con su entorno. Un error común es asignar restricciones demasiado rígidas o poco realistas, lo que puede generar resultados inexactos o inservibles.
Por ejemplo, en un análisis estructural, una sujeción completamente fija en un componente que en la realidad tiene cierto grado de movimiento puede sobreestimar esfuerzos y deformaciones. De igual manera, en simulaciones térmicas, no considerar correctamente la convección o la radiación puede afectar la precisión del análisis de transferencia de calor.
Para evitar estos errores, es recomendable:
- Realizar una revisión previa del sistema real para entender cómo interactúan los componentes y definir condiciones de frontera más realistas.
- Aprovechar herramientas como Structural Performance Engineer, disponible en las Simulation Offers de 3DEXPERIENCE, que permite modelar contactos complejos, definir cargas dinámicas y aplicar restricciones avanzadas con mayor precisión.
- Validar los resultados con casos de referencia o datos experimentales, ajustando las condiciones de frontera según sea necesario.
El uso de plataformas avanzadas como SIMULIA en 3DEXPERIENCE facilita la definición precisa de condiciones de frontera, asegurando que los resultados de simulación reflejen fielmente el comportamiento real del sistema.
Error #2: Elegir modelos de materiales inadecuados
El material de un producto define sus propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas, por lo que un modelo de material inadecuado puede generar fallos inesperados, sobrecostos o incumplimiento de normativas.
Uno de los errores más comunes es suponer que los materiales se comportan de manera lineal en todas las condiciones. En aplicaciones con grandes deformaciones, cargas dinámicas o efectos térmicos significativos, los materiales pueden presentar plasticidad, fluencia o hiperelasticidad, lo que requiere modelos más avanzados.
Para evitar este problema, se recomienda:
- Utilizar bases de datos de materiales confiables, como las incluidas en Material Calibration en SIMULIA, para definir modelos precisos basados en datos experimentales.
- Emplear herramientas especializadas como Durability Performance Engineer, disponible en las Simulation Offers, que permite evaluar el comportamiento del material en condiciones de fatiga y vida útil.
- Comparar con pruebas físicas para validar la precisión del modelo y ajustar los parámetros del material si es necesario.
El software 3DEXPERIENCE SIMULIA proporciona soluciones avanzadas para la selección y validación de modelos de materiales, garantizando simulaciones más robustas y confiables desde la etapa de diseño.
Error #3: Mal mallado y resolución ineficiente
El mallado es uno de los aspectos más críticos en la simulación, ya que define la precisión y el tiempo de cálculo del análisis. Un mal mallado puede llevar a errores significativos en los resultados, ya sea por elementos demasiado grandes que no capturan correctamente los gradientes de esfuerzo y deformación, o por un mallado excesivamente denso que incrementa el tiempo de cálculo sin aportar valor adicional.
Los errores más comunes en el mallado incluyen:
- Elementos de mala calidad, como aquellos con relaciones de aspecto extremas, lo que puede causar errores numéricos o resultados inestables.
- Resolución insuficiente en zonas críticas, como concentraciones de esfuerzo o regiones con alta curvatura, lo que puede subestimar fallas potenciales.
- Uso indiscriminado de elementos tetraédricos en lugar de elementos hexaédricos, lo que puede afectar la precisión en ciertas simulaciones estructurales.
Para optimizar el proceso de mallado y garantizar una resolución eficiente, se recomienda:
- Utilizar herramientas avanzadas de generación de mallas, como Structural Mechanics Engineer, parte de las Simulation Offers de 3DEXPERIENCE, que permite generar mallas con alta calidad y refinamiento automático en zonas críticas.
- Aplicar refinamientos locales en áreas con gradientes de esfuerzo elevados, en lugar de sobrecargar todo el modelo con una malla excesivamente densa.
- Emplear análisis adaptativos, disponibles en SIMULIA Abaqus, que ajustan la malla automáticamente en función de los resultados de simulación para mejorar la precisión sin comprometer la eficiencia computacional.
El uso de tecnologías avanzadas como SIMULIA y las Simulation Offers en la nube facilita un mallado optimizado y una gestión eficiente de los recursos computacionales, permitiendo obtener resultados precisos en menos tiempo y con menor consumo de hardware.
Error #4: No considerar cargas y escenarios reales
Uno de los errores más frecuentes en la simulación es la simplificación excesiva de las condiciones de carga y los escenarios operativos. Un análisis basado en condiciones ideales o poco representativas puede generar resultados inexactos que no reflejan el comportamiento real del producto, lo que puede derivar en fallas inesperadas o sobredimensionamiento innecesario.
Entre los errores más comunes en esta área están:
- Aplicación incorrecta de cargas, como distribuciones uniformes en lugar de cargas puntuales o dinámicas que realmente ocurren en la operación.
- Omisión de efectos ambientales, como temperatura, humedad o corrosión, que pueden afectar la resistencia y durabilidad del material.
- No considerar cargas transitorias o impactos, especialmente en estructuras sujetas a vibraciones, choque o esfuerzos cíclicos.
Para abordar estos desafíos, es fundamental utilizar herramientas de simulación avanzadas que permitan modelar con precisión los escenarios reales de carga. En este sentido, las Simulation Offers de 3DEXPERIENCE, como Structural Performance Engineer y SIMULIA Abaqus, permiten realizar análisis complejos de cargas estáticas, dinámicas y térmicas con alta fidelidad.
Algunas estrategias recomendadas incluyen:
- Uso de datos de sensores o históricos para definir condiciones de carga basadas en la operación real del producto.
- Emplear simulaciones multifísicas para combinar esfuerzos estructurales, térmicos y dinámicos, lo que proporciona una visión más completa del comportamiento del diseño.
- Realizar estudios de sensibilidad y variabilidad para evaluar cómo pequeñas modificaciones en las condiciones de carga pueden afectar el desempeño del producto.
Gracias a la integración con Simulation Offers en la nube, los ingenieros pueden probar múltiples escenarios sin comprometer recursos locales, asegurando un diseño más robusto y preparado para las condiciones reales de operación.
Error #5: No integrar la simulación en el proceso de diseño
Un error crítico en muchas empresas es tratar la simulación como una fase separada del proceso de diseño, en lugar de integrarla desde las etapas iniciales. Esto lleva a iteraciones tardías y costosas, ya que los problemas de rendimiento y viabilidad solo se detectan al final del ciclo de desarrollo, cuando las modificaciones son más complejas y caras.
Algunos problemas derivados de esta mala práctica incluyen:
- Retrasos en el desarrollo del producto por depender de análisis tardíos en la validación final.
- Dificultades en la optimización del diseño, ya que los cambios requieren volver a fases previas del proceso.
- Desconexión entre diseñadores e ingenieros de simulación, lo que genera reprocesos y falta de alineación en objetivos y requerimientos.
Para evitar estos inconvenientes, es fundamental adoptar un enfoque Multiphysics e integrar la simulación directamente en el CAD. Con herramientas como Structural Mechanics Engineer y Fluid Dynamics Engineer de 3DEXPERIENCE, es posible realizar análisis simultáneos de mecánica estructural, térmica y dinámica de fluidos en una misma plataforma, sin necesidad de exportar modelos entre distintos software.
Algunas estrategias clave incluyen:
- Simulación en tiempo real: Herramientas como SOLIDWORKS Simulation permiten validar el diseño desde las primeras fases, identificando problemas antes de que se vuelvan críticos.
- Uso de modelos paramétricos: Integrar variables de diseño en la simulación ayuda a explorar diferentes configuraciones de forma rápida y eficiente.
- Optimización basada en datos: Con soluciones basadas en la nube, los ingenieros pueden comparar múltiples iteraciones y aplicar inteligencia artificial para encontrar el diseño óptimo.
La adopción de un enfoque integrado de simulación permite mejorar la eficiencia del proceso de desarrollo, reducir costos y garantizar que los productos cumplan con los requerimientos desde el inicio.
La simulación es una herramienta poderosa para el desarrollo de productos, pero su verdadero valor solo se aprovecha cuando se aplica correctamente. Como hemos visto, errores comunes como definir mal las condiciones de frontera, elegir modelos de materiales inadecuados, generar un mallado deficiente, no considerar escenarios reales y no integrar la simulación en el diseño pueden afectar gravemente la precisión de los análisis y el éxito del producto final.
Para evitar estos problemas, es fundamental adoptar un enfoque estratégico con herramientas avanzadas que permitan simulaciones más precisas y eficientes. Soluciones como SIMULIA en 3DEXPERIENCE brindan capacidades Multiphysics, optimización basada en datos y simulación en la nube, facilitando una validación temprana y continua en el proceso de diseño. Además, con herramientas como SOLIDWORKS Simulation, los equipos pueden iterar de manera ágil y tomar decisiones informadas desde las fases iniciales.
En IAC comprendemos que una simulación efectiva no solo reduce costos y tiempos de desarrollo, sino que también mejora la innovación y la competitividad. Por ello, ofrecemos asesoría especializada y soluciones adaptadas a cada necesidad, asegurando que nuestros clientes maximicen el potencial de la simulación en su flujo de trabajo. Si quieres llevar la simulación en tu empresa al siguiente nivel y evitar estos errores, contáctanos y descubre cómo nuestras soluciones pueden transformar tu proceso de diseño y validación.
Autor: Felipe Henao