Este caso de estudio presenta la verificación estructural mediante elementos finitos (FEM) de una máquina industrial de demolición, tras una modificación de su estructura metálica extensible. El análisis permitió evaluar su resistencia, comportamiento dinámico y vida a fatiga bajo diferentes condiciones de operación.
VirtualMech desarrolló un análisis estructural FEM de maquinaria industrial para estudiar el efecto de una modificación geométrica sobre la integridad de un bastidor metálico sometido a cargas estáticas, impactos y vibraciones durante su funcionamiento.
Verificación estructural de maquinaria industrial
Las máquinas de demolición y los equipos industriales con estructuras metálicas extensibles están sometidos a cargas variables, impactos y vibraciones que pueden afectar a su resistencia estructural y vida útil.
Las modificaciones de diseño requieren evaluar cómo cambian las tensiones, deformaciones y frecuencias naturales de la estructura, especialmente en componentes sometidos a cargas cíclicas y posibles condiciones de resonancia.
El objetivo del estudio fue comprobar el comportamiento estructural de la configuración modificada y evaluar su adecuación a los criterios de resistencia y fatiga aplicables.
Solución propuesta
VirtualMech desarrolló un modelo tridimensional de elementos finitos (FEM) de la estructura metálica, seleccionando la configuración de carga considerada más desfavorable.
El modelo permitió analizar:
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Resistencia estructural estática bajo las combinaciones de carga consideradas.
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Fatiga estructural asociada a las cargas de operación.
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Análisis modal para identificar las frecuencias naturales de vibración.
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Respuesta armónica frente a las excitaciones dinámicas de la maquinaria.
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Fatiga bajo cargas armónicas, considerando posibles condiciones de resonancia.
El estudio se centró en los componentes estructurales relevantes, incorporando las cargas transmitidas por los elementos mecánicos y equipos auxiliares.
Metodología
La metodología combinó análisis estáticos, modales, armónicos y de fatiga mediante FEM para verificar el comportamiento del diseño modificado.
El procedimiento puede resumirse en:
Modificación del diseño → modelo FEM → combinaciones de carga → análisis estático y dinámico → evaluación de tensiones y fatiga → verificación estructural.
Se consideraron tanto las cargas permanentes y operativas como los efectos dinámicos asociados a los impactos y vibraciones del equipo.
Normativa
La verificación estructural se desarrolló utilizando estándares estadounidenses de diseño de estructuras metálicas:
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ASCE 7-22: definición de las combinaciones de carga aplicables.
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AISC 360-22: comprobación de la resistencia de los elementos estructurales de acero mediante criterios Load and Resistance Factor Design (LRFD) y evaluación de fatiga de los detalles estructurales.
ASCE 7 – Minimum Design Loads and Associated Criteria
AISC 360 – Specification for Structural Steel Buildings
Resultados de la verificación estructural
Los análisis de resistencia estática, fatiga bajo cargas estáticas y respuesta armónica cumplieron los criterios de aceptación establecidos para las condiciones estudiadas.
La evaluación de fatiga bajo cargas armónicas identificó determinados detalles estructurales con vida a fatiga finita bajo condiciones específicas de resonancia y solicitación máxima.
Estas condiciones representan escenarios conservadores de operación continuada. Durante el funcionamiento real, las posiciones de trabajo, las cargas aplicadas y las frecuencias de excitación varían, por lo que la exposición al escenario más desfavorable no es necesariamente continua.
Los resultados permitieron identificar las zonas estructurales más sensibles a la fatiga y establecer criterios para su seguimiento mediante inspecciones y mantenimiento.
Ingeniería y verificación estructural de maquinaria
Este tipo de análisis permite evaluar la integridad estructural de maquinaria industrial y estructuras metálicas modificadas, considerando tanto las solicitaciones estáticas como los fenómenos dinámicos asociados a vibraciones, impactos y resonancia.
VirtualMech desarrolla trabajos de análisis FEM, cálculo de estructuras metálicas, análisis modal, respuesta armónica, evaluación de fatiga y verificación estructural de maquinaria industrial.
Si necesita verificar la resistencia o vida a fatiga de una estructura metálica o equipo industrial, evaluar modificaciones de diseño o estudiar su comportamiento dinámico mediante FEM, contacte con nuestro equipo de ingeniería.
