Tipos de estudio

El software ofrece los siguientes tipos de estudios:

• Estudios estáticos (o de tensión). Los estudios estáticos calculan desplazamientos, fuerzas de reacción, deformaciones unitarias, tensiones y la distribución del factor de seguridad. El material falla en ubicaciones donde las tensiones exceden cierto nivel. Los cálculos del factor de seguridad se basan en el criterio de fallos. El software ofrece cuatro criterios de fallo.

Los estudios estáticos pueden ayudarle a evitar fallos ocasionados por altas tensiones. Un factor de seguridad menor que la unidad indica una falla del material. Factores de seguridad elevados en una región indican tensiones bajas y la posibilidad de eliminar algún material de esta región.

• Estudios de frecuencia. Un sólido alterado de su posición de descanso tiende a vibrar con ciertas frecuencias denominadas naturales o resonantes. La frecuencia natural más baja se denomina frecuencia fundamental. Para cada frecuencia natural, el sólido adquiere una determinada forma denominada forma modal. El análisis de frecuencia calcula las frecuencias naturales y las formas modales asociadas.

En teoría, un sólido tiene un número infinito de modalidades. En FEA, teóricamente existen tantas modalidades como grados de libertad (GDL). En la mayoría de los casos, sólo se tienen en cuenta unas cuantas modalidades.

Se produce una respuesta excesiva si un sólido está sujeto a una carga dinámica que funciona en una de sus frecuencias naturales. Este fenómeno se denomina resonancia. Por ejemplo, un automóvil con una rueda mal alineada tiembla violentamente cuando alcanza una determinada velocidad a causa de la resonancia. El temblor, en cambio, disminuye o desaparece a otras velocidades. Otro ejemplo es el de un sonido fuerte, como la voz de un cantante de ópera, que puede romper un cristal.

El análisis de frecuencia puede ayudarle a evitar fallos por tensiones excesivas causadas por la resonancia. También proporciona información sobre cómo solucionar problemas relacionados con la respuesta dinámica.

• Estudios de pandeo. El pandeo es un desplazamiento amplio y repentino ocasionado por cargas axiales. Las estructuras delgadas sujetas a cargas axiales pueden fallar debido al pandeo en niveles de carga menores que los requeridos para causar un fallo del material. Existen diversas modalidades de pandeo ocasionadas por diferentes niveles de carga. En muchos casos, sólo la carga de pandeo más baja resulta de interés.

Los estudios de pandeo pueden ayudarle a evitar fallos ocasionados por pandeo.

• Estudios térmicos. Los estudios térmicos calculan temperaturas, gradientes de temperatura y flujo del calor sobre la base de la generación de calor y condiciones de conducción, convección y radiación. Los estudios térmicos pueden ayudarle a evitar condiciones térmicas no deseadas, tales como el sobrecalentamiento y la fusión.

• Estudios de diseño. Los estudios de optimización del diseño automatizan la búsqueda del diseño óptimo sobre la base de un modelo geométrico. El software está equipado con una tecnología que permite detectar rápidamente tendencias e identificar la solución óptima utilizando el número mínimo de ejecuciones. Los estudios de optimización del diseño requieren la definición de los siguientes puntos:

• Objetivos. Defina el objetivo del estudio. Por ejemplo, minimizar el material. Si no define objetivos, el programa realiza un estudio de no optimización del diseño.

• Variables. Seleccione las cotas que pueden cambiar y establezca sus intervalos. Por ejemplo, el diámetro de un taladro puede variar de 0.5 a 1 pulgada, mientras que la extrusión de un croquis puede variar de 2.0 a 3.0 pulgadas.

• Restricciones. Establezca las condiciones que debe cumplir el diseño óptimo. Por ejemplo, las tensiones, los desplazamientos o las temperaturas no deben exceder determinados valores y la frecuencia natural debe estar dentro de un intervalo especificado.

• Estudios no lineales. En algunos casos, la solución lineal puede producir resultados erróneos dado que se infringen las suposiciones en la que la misma basa. El análisis no lineal puede ser utilizado para resolver problemas de no linealidad causados por comportamiento del material, grandes desplazamientos y condiciones de contacto. Puede definir estudios estáticos al igual que estudios dinámicos.

• Estudios de dinámica lineal. Cuando no es posible ignorar los efectos de inercia o amortiguación, los estudios estáticos no brindan resultados precisos. Los estudios dinámicos lineales utilizan frecuencias naturales y formas modales para evaluar la respuesta a estructuras ante entornos de carga dinámica. Puede definir:

• Estudios modales de gráficos de respuesta en función del tiempo para definir cargas y evaluar la respuesta como funciones de tiempo.

• Estudios armónicos para definir cargas como funciones de frecuencia y evaluar la respuesta pico en diversas frecuencias en funcionamiento.

• Estudios de vibración aleatoria para definir cargas aleatorias en términos de densidades espectrales de potencia y evaluar la respuesta en términos de valores de media cuadrática general o densidades espectrales de potencia en diversas frecuencias.

• Estudios de caída. Los estudios de caída evalúan los efectos de dejar caer una pieza o ensamblaje sobre un suelo rígido. Estos estudios se pueden utilizar para simular el impacto de un modelo con una superficie rígida plana.

• Estudios de fatiga. Las cargas y descargas repetidas debilitan los objetos a lo largo del tiempo, incluso cuando las tensiones inducidas son considerablemente inferiores a los límites de tensión permitidos. Este fenómeno es conocido como fatiga. Los estudios estructurales lineales y no lineales no predicen fallos originados por la fatiga, sino que calculan la respuesta de un diseño sujeto a un entorno específico de restricciones y cargas. Si se consideran las suposiciones de análisis y se determina que las tensiones calculadas están dentro de los límites permitidos, los estudios concluyen que el diseño es seguro en este entorno independientemente de cuántas veces se aplique la carga. Los estudios de fatiga evalúan la vida consumida de un objeto sobre la base de casos de fatiga y curvas S-N. Estos cálculos de fatiga se pueden basar en la intensidad de la tensión, las tensiones de von Mises o las tensiones alternas principales máximas.

• Estudios de diseño de recipiente a presión. Combine los resultados de estudios estáticos con los factores deseados. Cada estudio estático tiene un conjunto diferente de cargas que producen los resultados correspondientes. Estas cargas pueden ser cargas muertas, cargas vivas (aproximadas por cargas estáticas), cargas térmicas, cargas sísmicas, y así sucesivamente. El estudio Diseño de recipiente a presión combina los resultados de los estudios estáticos algebraicamente usando una combinación lineal o la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados (SRSS).