Un acercamiento al método de modelación por elementos finitos para la Educación Técnica y Profesional
Enviado por Orgen López González
Resumen
El siguiente artículo es una introducción al método de elementos finitos, utilizando para ello uno de los programas comerciales que se encuentran en el mercado; el ANSYS, con el fin de motivar a los docentes de la ETP en la utilización e introducción del mismo (como medio del PPP y como herramienta de cálculo). En él se utiliza como ejemplo una barra sometida a flexión simple, destacándose el algoritmo a seguir tabulándose los resultados finales.
Introducción
El desarrollo de las computadoras personales en los últimos años ha permitido poner en manos de técnicos e investigadores herramientas de cálculos precisas y rápidas para el diseño, y comprobación de dispositivos, piezas y estructuras, utilizando para ello procedimientos de cálculo y métodos de elevada precisión que debido a su volumen y complejidad eran extremadamente laboriosos.
En la resistencia de materiales ciencia básica para el diseño mecánico en la utilización de criterios y análisis tomados de la teoría de la elasticidad esto se ha hecho más evidente en el método de elementos finitos, nos permite un acercamiento preciso y es de amplia utilización debido al número elevado de programas que se encuentran en el mercado, estos programas son de uso general y su campo de empleo abarca los problemas estructurales y los no estructurales, permitiendo determinar tensiones y deformaciones, problemas de transferencia térmica, vibraciones, electromagnetismo, acústica, etc.
Sobre la base del intercambio durante las secciones de preparación metológica con los docentes de la ETP de la especialidad se constató que el 95% desconoce la existencia de estos programas; el 90% no conoce la existencia del método de cálculo por Elementos Finitos y sus ventajas y los que tienen referencia del mismo lo encuentran demasiado complejo producto de su aparato matemático.
Nos proponemos en este trabajo recomendar su estudio y aplicación, dando un ejemplo sencillo que permita su divulgación entre los profesores de la educación técnica y profesional que ya cuentan en sus centros con el equipamiento técnico necesario para el trabajo con estos programas.
Desarrollo
Entre los programas de Elementos Finitos que se encuentran en el mercado podemos citar los siguientes:
1. Abaqus (de propósito general)
2. Algor
3. Nastran
4. Ansys
Estos programas tienen la ventaja de que el usuario no necesita de conocimientos especiales de software o de hardware de computadoras, bastando para ello tener el conocimiento básico del método de elementos finitos para el planteamiento del problema y de sus condiciones de frontera, ayudándonos el programa a la creación del modelo de cálculo.
El ejemplo que presentamos en este trabajo está implementado a través del programa Ansys que por su sencillez y asequibilidad nos parece idóneo para el trabajo en esta primera etapa de familiarización.
El análisis de otros programas y su comparación se sale fuera de los límites de este trabajo introductorio al método.
Dentro de las ventajas del método de los Elementos Finitos podemos citar las siguientes:
1. Resolución de formas complejas de cuerpos.
2. Resolución de sistemas de cargas generales.
3. Modelar cuerpos compuestos de diferentes materiales.
4. Ilimitado número de tipo y condiciones de frontera.
5. Variar las dimensiones de los elementos y usar elementos pequeños donde sea necesario.
6. Es fácil de alterar.
7. Se incluyen elementos dinámicos.
8. Solución de problemas de no linealidad material y geométrica con grandes deformaciones y rotaciones.
Los programas comerciales como el Ansys están constituidos por tres bloques para la implementación computacional de un modelo de Elementos Finitos.
Estos tres bloques son:
Preprocesador (para construir el modelo de elementos finitos, aplicar cargas y condiciones de frontera).
Solución o Procesador (cada programa tiene varios procesadores en función del tipo de análisis que puedan realizar. En este bloque se ensamblan y resuelven los sistemas de ecuaciones).
Post Procesador (se dan los resultados en firma de tablas y gráficos).
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