Análisis estructural
Análisis estructural mediante elementos finitos (FEM)
El análisis estructural mediante elementos finitos (FEM/FEA) es una herramienta de simulación numérica que permite evaluar las tensiones, deformaciones, desplazamientos y comportamiento mecánico de estructuras, componentes y maquinaria industrial sometidos a diferentes condiciones de carga.
El Método de los Elementos Finitos (FEM, Finite Element Method) consiste en dividir una geometría en pequeños elementos interconectados para calcular su respuesta ante cargas y condiciones de contorno determinadas.
Mediante esta metodología es posible analizar el comportamiento de estructuras complejas bajo cargas estáticas, dinámicas, térmicas o cíclicas, identificando concentraciones de tensiones, deformaciones y posibles mecanismos de fallo.
El análisis FEM se utiliza tanto para la validación de nuevos diseños como para la comprobación de equipos existentes, modificaciones estructurales y evaluaciones de integridad.
Aplicaciones del análisis FEM en ingeniería:
Análisis estático: cálculo de tensiones y deformaciones bajo cargas mecánicas y térmicas.
Análisis de fatiga: evaluación del daño acumulado y la vida útil frente a cargas cíclicas.
Análisis modal y armónico: estudio de frecuencias naturales, vibraciones y resonancia.
Análisis de pandeo: evaluación de la estabilidad estructural ante cargas de compresión.
Análisis no lineal: estudio de plasticidad, grandes deformaciones y contacto entre componentes.
Análisis termo-mecánico: evaluación de tensiones y deformaciones generadas por variaciones de temperatura.
Análisis de creep: estudio de deformaciones y daño dependientes del tiempo a temperaturas elevadas.
Estas aplicaciones son especialmente relevantes en maquinaria industrial, estructuras metálicas, sistemas de tuberías, recipientes y equipos sometidos a condiciones exigentes de operación.
El procedimiento comienza con la preparación del modelo geométrico, normalmente a partir de un diseño CAD, y continúa con la definición de los materiales, el mallado y las condiciones de carga.
Las principales etapas son:
Preparación del modelo CAD: revisión y simplificación de la geometría para representar los elementos estructuralmente relevantes.
Mallado FEM: discretización de la geometría en elementos finitos, con especial atención a las zonas de concentración de tensiones.
Materiales y condiciones de contorno: definición de propiedades mecánicas, apoyos, contactos y restricciones.
Aplicación de cargas: incorporación de fuerzas, presiones, temperaturas, aceleraciones y combinaciones de carga.
Resolución y verificación: cálculo de tensiones, deformaciones y respuesta estructural, junto con comprobaciones de convergencia y coherencia de resultados.
Evaluación normativa: comparación de los resultados con los criterios de aceptación establecidos para cada aplicación.
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