Utilidad calculos ANSYS (III) Evitar errores estructurales

Aquí tienes todas las entregas de la serie Cálculo con ANSYS correctamente idealizado.

Cálculo con ANSYS correctamente idealizado (I de V). Análisis y cálculo estructural por elementos finitos
Cálculo con ANSYS correctamente idealizado (II de V). Idealización y simplificación de la geometría en cálculo estructural
Cálculo con ANSYS correctamente idealizado (III de V). Análisis adecuado para cada estructura mecánica
Cálculo con ANSYS correctamente idealizado (IV de V). Comprobación de resultados en un cálculo estructural
Cálculo con ANSYS correctamente idealizado (V de V). Concentraciones de tensión

Interpretación de resultados en un cálculo estructural

Si pensabas que el trabajo se había terminado después de ejecutar un cálculo estructural por elementos finitos habiendo seguido todos los pasos que os hemos contado en artículos anteriores… ¡te equivocabas!

Vamos al grano, antes de dar por finalizado un cálculo hay que hacer algunas comprobaciones con el fin de asegurarnos de que los resultados que estamos obteniendo son válidos y por tanto útiles.

En Ingeniería SAMAT siempre hacemos las siguientes comprobaciones antes de entregar el informe técnico a nuestros clientes

Evaluar el comportamiento global del modelo
Evaluar las reacciones en los apoyos
Comprobar que el tamaño del elemento es el adecuado
Evaluar los picos de tensión
Sub modelados

Comportamiento global

El primer paso resulta obvio, es preguntarnos si el comportamiento que está teniendo el modelo es el esperado.

Pero… ¿Cuál es el comportamiento esperado del modelo? ¿Acaso no lo estamos calculando para saberlo? Es cierto que el cálculo por elementos finitos tiene ese objetivo, pero se necesita un ojo crítico detrás, el del ingeniero que conoce la herramienta y que incluso antes de realizar el cálculo tiene una idea global de cómo trabajará el modelo al aplicar las distintas cargas. Además en los casos que sea posible realizar un pre cálculo a mano es una gran herramienta para saber por dónde irán los tiros.

De esta forma comprobaremos que todos los contactos, cargas y restricciones aplicadas en el modelo se han hecho de forma correcta

Reacciones en los apoyos

Conocer las reacciones en los apoyos. Este es un paso muy útil para saber si las cargas que hemos introducido en el modelo son correctas. Hay que comprobar que el sumatorio de fuerzas de entrada es el mismo que el de salida.

Parece un paso de poca importancia, pero es relativamente fácil cometer un error e introducir un cero de más o de menos al teclear el valor de una carga. Con esta comprobación nos aseguramos que las cargas aplicadas son correctas.

Tamaño del elemento

Como ya sabéis la solución del problema sólo se conoce en los nodos del modelo, los valores que hay entre ellos se obtienen interpolando los resultados de los anteriores. Por lo tanto debemos comprobar si el tamaño de malla que hemos utilizado afecta a los resultados obtenidos. Para ello debemos hacer un análisis de sensibilidad de malla. Disminuiremos el tamaño de la misma, se rehará el cálculo y se comprobarán si los resultados convergen hacia el mismo valor. Si no lo hacen deberemos repetir el proceso hasta conseguir que los resultados converjan hacía un valor.

Evaluación de los picos de tensión

¿Y si después de haber seguido minuciosamente los pasos anteriores aquí explicados obtenemos zonas muy concretas en las que las tensiones del modelo se disparan? ¿Qué está ocurriendo?

Están apareciendo en nuestro modelos picos de tensión. Son zonas muy delimitadas dónde las tensiones del modelo se disparan y se obtienen valores mucho más altos que los obtenidos de forma general en el modelo.

¿Estas tensiones son reales? En algunos casos si lo son, en otros sin embargo son fruto de;

Formulación de contactos: En los modelos en los que existen contactos entre distintos componentes la propia formulación que define el contacto puede generar tensiones que no son reales.

Geometría: En los modelos por elementos finitos se asumen varias simplificaciones geométricas, es por eso que se pueden generar zonas concentración de tensiones en aristas en las que se han eliminado redondeos para obtener un mejor mallado pero que sin embargo hacen que las tensiones se concentren en la zona.

Como este último apartado queda bajo el criterio de interpretación de resultados del ingeniero, cuando no estemos 100% seguros de si las tensiones son reales o no y se pueda ver comprometido el correcto funcionamiento del modelo la mejor solución será realizar un cálculo con un modelo de material no lineal y así asegurarnos de si los picos de tensión comprometen el funcionamiento del modelo

Sub modelados

Por último pueden existir modelos muy grandes en los que se asuman simplificaciones en, por ejemplo, uniones atornilladas, permitiendo que se mantenga el comportamiento global de la estructura sin invertir grandes recursos en modelar detalladamente cada unión.

Esto no implica que esas uniones no deban estudiarse, al contrario. ¿Entonces cómo se soluciona este tipo de casos?

La respuesta es, con un Sub modelado. Se modela únicamente la parte que se quiere analizar en detalle (tornillos, soldadura.. lo necesario en el cálculo) y en base a los resultados que se han obtenido en el modelo simplificado, se aplican sobre esta parte del modelo los desplazamientos obtenidos que basándonos en el principio de Saint-Venant nos dará las tensiones del modelo teniendo en cuenta todos los detalles.