La definición del método de los elementos finitos, o el método MEF para abreviar, es un método de cálculo utilizado para resolver aproximadamente ciertos problemas físicos. Permite predecir las complejas condiciones de tensión en los componentes técnicos que surgen inevitablemente debido a la acción de las fuerzas, la presión o la temperatura.
En este método, toda la geometría del componente se subdivide en elementos más pequeños que, sin embargo, son matemáticamente relevantes debido a su tamaño (finito en lugar de infinito - infinitamente pequeño). Esta subdivisión da lugar a la malla característica del método de EF.
Esta representación del componente y las condiciones marco a simular representan entonces un sistema de ecuaciones diferenciales que puede calcularse con la ayuda de numerosas iteraciones y representa una solución aproximada al problema introducido.
Este procedimiento es especialmente importante para determinar la resistencia y la deformación de los materiales utilizados en condiciones reales. Ayuda a comprobar las tensiones que actúan sobre la geometría del componente y a determinar si se producirá un fallo del mismo (por ejemplo, deformación o fractura). Por consiguiente, el MEF como método de simulación desempeña un papel importante en la prevención de casos de daños reales que, de otro modo, podrían tener consecuencias trágicas.
Ejemplos de aplicación
El método de los elementos finitos se utiliza, por ejemplo, para los componentes del motor, ya que en él interactúan un gran número de cargas mecánicas, hidráulicas y térmicas. El método también se utiliza a mayor escala, por ejemplo, para determinar las características de accidente de las carrocerías de los coches en el contexto de una simulación de choque. En la práctica, el método MEF se utiliza para investigar los problemas térmicos, los campos magnéticos y las cargas en los componentes. Ahora se ha abierto camino en todas las industrias. Los análisis por elementos finitos se llevan a cabo en todo tipo de productos, desde los más pequeños componentes de plástico hasta la ingeniería mecánica pesada.
¿Cómo se lleva a cabo una simulación por MEF en detalle?
La simulación por elementos finitos comienza con un modelo 3D del componente, que se crea con un software de CAD. A continuación, un algoritmo denominado de malla subdivide la superficie del modelo en unidades más pequeñas que representan la geometría de la superficie en detalle. Los nodos de esta malla representan ahora el estado inicial del componente. Los parámetros mecánicos de todos los materiales utilizados, como el límite elástico, el módulo de elasticidad, etc., y las fuerzas que actúan en la situación de carga, constituyen la base del cálculo posterior. Todas las restricciones del componente son también esenciales. Las ecuaciones diferenciales resultantes de estas condiciones de contorno se resuelven entonces con un llamado solucionador. Este proceso de solución procede de forma iterativa y converge en algún momento a una solución casi óptima.
Finalmente, el último paso es el análisis de los resultados. Por ejemplo, se muestra gráficamente y en color la magnitud del desplazamiento de cada uno de los nodos de la malla inicial tras la aplicación de la carga en diferentes puntos del componente y lo que esto significa para la carga total. De este modo, podemos determinar de forma fiable las cargas que posiblemente den lugar a una fractura.
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