Los elementos finitos no son sencillos

Resumen

El método de los elementos finitos (MEF) es una herramienta fundamental en ingeniería que requiere formación y experiencia técnica. Para realizar cálculos MEF con garantías, es necesario tener una amplia formación técnica para plantear correctamente el problema a resolver. Además, se necesita una formación específica en teoría de elementos finitos y en programas de cálculo basados en él. Conocer la física de los problemas a resolver también es esencial para aplicar las hipótesis adecuadas. El preprocesado, que incluye el mallado del modelo, es una pieza fundamental para obtener resultados aceptables. En resumen, los cálculos MEF son complejos y es importante contar con expertos en la materia para obtener resultados confiables.

Introducción

Repito el encabezado: El cálculo por el método de elementos finitos (MEF), convierten a un buen ingeniero en mejor profesional, y a un inexperto, en todo un peligro

Aunque lo parezca o intenten venderte que esto es fácil, el hecho es que los cálculos MEF no son sencillos, ni se resuelven en 10 minutos, y sí se necesita formación y experiencia precisa muy técnica.

Para poder realizar una cálculo MEF con las debidas garantías, es preciso cumplir una serie de requisitos:

• Disponer de una formación técnica superior amplia con la que puedas plantear físicamente el problema que hay que resolver. En muchas ocasiones hemos presenciado como se comienza un cálculo sin… ¡planteamiento previo!
• Haber realizado una formación específica en teoría de elementos finitos y en alguno de los programas de cálculo que están basados en ello. Probablemente conduzca a un estrepitoso fracaso la falta o escasa formación en este campo.
• Volvamos al planteamiento del problema en cuestión: es necesario conocer la física que tenemos delante y aplicar las hipótesis que, nos ayuden a simplificar el problema, pero que no invaliden la solución por ser poco rigurosas. Si definimos una hipótesis como la no existencia de rozamiento y en realidad éste si que desempeña un papel fundamental, fracasaremos en el empeño. Lo explicamos más detalladamente en este artículo donde mostramos como una mala decisión a la hora de definir el contorno del cálculo nos lleva a unos resultados desastrosos. 
• El preprocesado, con el que vamos a preparar el problema y en el que, entre otros muchos aspectos que no mencionamos por no alargar el post ni distorsionar el mensaje, se encuentra el mallado de nuestro modelo, pieza fundamental para realizar aceptablemente un cálculo MEF, tanto en la selección del tipo de elemento como su tamaño y comportamiento.
• Y, como digo, un largo etcétera que irá en función de la complejidad del problema y de la intervención de varias físicas en el mismo (no linealidades, pandeo, fatiga, dinámica, etc.)

Finalmente, se debe saber interpretar los resultados obtenidos. Es más, debemos saber o prever qué solución vamos a obtener.

Por qué no son sencillos, qué necesitas

Formación técnica superior

Desde mi punto de vista y experiencia, los mejores calculistas que he conocido han sido todos Ingenieros Industriales o Máster en Ingeniería Mecánica. No hay discusión al respecto. Yo no digo que otro tipo de ingeniero no pueda ser un magnífico experto o alcanzar un nivel pro en esta tecnología: lo que digo es que yo no lo he conocido. He conocido ingenieros que se defienden y que saben como hacer determinados cálculos MEF, desde luego.

Por ello, recomiendo confiar siempre en un profesional con esta capacitación. Y, ¿por qué?

Bien, porque para llegar a ser un máster en esta categoría se necesita haber profundizado mucho en la teoría del comportamiento de materiales y de mecánica, de tal modo, que hay ciertos cálculos de este tipo que, incluso, yo los encomendaría a doctores en Ingeniería.

No está al alcance de cualquier ingeniero el calcular qué fatiga aparece en un determinado eje de una noria de 40 metros de diámetro que arranca con una velocidad angular dada y con una gráfica de acciones propensas a la fatiga concreta; por poner un ejemplo.

Tener formación específica en elementos finitos… y otros sistemas

Este punto tiene mucho que ver con el anterior, claro. Un doctor ingeniero habrá tenido más necesidad y oportunidad, incluso, de haber estudiado y profundizado en el conocimiento de los elementos finitos. O un ingeniero industrial mecánico o Máster en Ingeniería ya lleva incorporado en su programa de carrera una asignatura sobre el método de los elementos finitos. Véase mis apuntes de la época, ¡cielos, qué tiempos!

También, existen programas específicos tras una carrera universitaria que ofrecen una formación espléndida al respecto. En SAMAT tenemos una compañera que está cursando un estudio al respecto, en base a Ansys, y que incluye desde la teoría hasta la práctica. Muy recomendable.

En definitiva, debes ser un experto en MEF para hacer cálculos MEF.

Conocer la física de los problemas

La verdad es que no sabría cual de estos puntos es más importante para poder hacer un cálculo MEF con garantías, pero desde luego, si desconoces la física de aquello que quieres calcular, es rotundamente imposible llevar a cabo ningún cálculo.

Vemos, de nuevo, una relación directa con el primer punto que he mencionado. El haber estudiado una carrera superior de Ingeniería te da unas garantías totales para cumplir este punto. Bien es cierto, que en una carrera todos los escenarios posibles no se pueden enseñar ni aprender, por ello, también es importante la experiencia que se va adquiriendo con el paso de los proyectos y lo cáclulos.

Pero, sin conocer, por ejemplo, como funciona el rozamiento o lo que supone el pandeo en una estructura o cuando debes tener en cuetna la fatiga o la abolladura de una placa, entenderás que no vas a poder realizar un cálculo con visos de seguridad.

El preproceso de un cálculo en sí. El mallado y otros

Como decía en la introducción, no voy a extender aquí, hay otros artículos donde detallamos esto. De hecho, hay toda una serie de entradas en este blog al respecto, te los enlazo aquí para tu comodidad:

• La inmensa utilidad de un cálculo con ANSYS correctamente idealizado (I de V): hablamos sobre condiciones de contorno

• La inmensa utilidad de un cálculo con ANSYS correctamente idealizado (II de V): sobre la geometría y el mallado

• La inmensa utilidad de un cálculo con ANSYS correctamente idealizado (III de V): tipos de cálculos y análisis, modal, estático, lineal, no lineal,..

• La inmensa utilidad de un cálculo con ANSYS correctamente idealizado (IV de V): interpretación de resultados

• La inmensa utilidad de un cálculo con ANSYS correctamente idealizado (V de V): cómo hacer un cálculo no lineal 

Conclusión

Los cálculos MEF son un medio, no un fin, por lo que nuestro bagaje (formación y experiencia) deben dictarnos por donde «van a ir los tiros»: lo que apoya la condición previa que he apuntado, no son fáciles. Vamos, que un ingeniero debe saber casi con antelación lo que va a obtener al realizar los cálculos.

Por ello, me atrevo a sugerirte que elijas a ingenieros expertos en cálculo MEF para validar tus productos, de otro modo, se hará efectivo una vez más el dicho de «si un profesional te parece caro, espera a contratar un novato y verás».

O trabajamos con profesionales o nos estaremos haciendo un flaco favor entre todos.

Si quieres o necesitas un ingeniero calculista experto en elementos finitos, en SAMAT estaremos encantados de ayudarte, ¡LLAMANOS!