Validar los diseños para la vida con la simulación de 3DEXPERIENCE Works

¿Por qué es importante la durabilidad?

Por lo general, cuando las empresas piensan en utilizar la simulación, piensan en aumentar la resistencia y la rigidez del producto al tiempo que reducen el peso. Sin embargo, este enfoque deja de lado un modo de fallo generalizado que se puede calcular fácilmente: la fatiga del metal. Hasta el 90% de los fallos mecánicos en servicio se deben a la fatiga, cuando las cargas y descargas repetidas debilitan los componentes a lo largo del tiempo mediante la propagación de grietas a través del material, incluso cuando las tensiones inducidas son considerablemente menores que el límite de tensión del material.

La vida a la fatiga de un componente se ve afectada por múltiples factores como el material, la geometría, el rango de tensiones, la frecuencia de carga, el proceso de fabricación y las condiciones atmosféricas. Es una cuestión difícil de resolver a mano, lo que la convierte en una tarea ideal para la simulación computacional.

Vemos los resultados de los fallos por fatiga en las noticias. Pensemos en el reciente incendio de un motor de avión comercial debido a la fatiga del metal en el aspa del ventilador. Aunque estos fallos son catastróficos, vemos los resultados de la fatiga en múltiples industrias.

Se pueden encontrar ejemplos de fallos por fatiga en productos y componentes de muchas industrias:

– Equipos industriales: Maquinaria rotativa, pernos, engranajes, correas, válvulas, juntas, tuberías y tubos.

– Ciencias de la vida: Stents, prótesis, implantes dentales, de cadera y de rodilla.

– Energía y materiales: Tuberías, recipientes a presión, equipos de perforación, válvulas de control y seguridad, soldaduras, ventiladores, turbinas, aerogeneradores, plataformas marinas y engranajes.

– Electrónica: Soldadura, cables conductores, PCB, actuadores, bastidores electrónicos y conjuntos de carcasas.

– Productos de consumo: Juntas, ventiladores, conectores, cables, válvulas, pedales de bicicleta y aparatos de gimnasia.

– Hogar y estilo de vida: Puertas y ventanas.

Imagen 2: Simulación de durabilidad en un implante dental resuelta con la tecnología fe-safe de SIMULIA

Debido a la prevalencia de los fallos causados por la fatiga y a la mejora sustancial de las soluciones computacionales, las empresas se están orientando hacia la simulación de la durabilidad para comprender y predecir mejor la aparición de la fatiga durante la vida útil de un componente o producto. Las pruebas físicas de durabilidad son muy costosas y requieren mucho tiempo. Las normas del sector exigen cada vez más pruebas de durabilidad y validaciones con plazos más cortos. Las empresas deben adoptar e implementar soluciones de simulación de durabilidad para cumplir con las normas de la industria y adherirse a los requisitos de los clientes.

Imagen 3: Ejemplo de manivela de bicicleta que debe durar 7.000.000 de ciclos

Las herramientas de simulación de la durabilidad podrían haber predicho el fallo del producto mostrado en la imagen 3 utilizando la cartera de simulación estructural de 3DEXPERIENCE® Works.

Imagen 4: Cartera de simulación de obras 3DEXPERIENCE

Para hacer frente al reto de diseñar en función de la resistencia, la rigidez y la durabilidad, se han lanzado dos nuevas soluciones (o funciones).

Ingeniero de rendimiento de durabilidad

Las capacidades del Ingeniero de Rendimiento de Durabilidad son: estática lineal y no lineal (Abaqus Implicit), cuasi-estática (Abaqus Implicit Dynamic), térmica, durabilidad, contacto con fricción, materiales no lineales, mallas avanzadas, carga secuencial, computación local y en la nube, y más.

Mecánica e ingeniería de la durabilidad

Las capacidades de Durability Mechanics and Engineer son: estática y dinámica lineal y no lineal avanzada (Abaqus Implicit, Implicit Dynamic y Explicit), térmica, durabilidad, calibración de materiales, preparación de geometrías, y más.

Imagen 5: Cartera de simulación estructural de 3DEXPERIENCE Works.

Estas nuevas funciones de durabilidad ofrecen:

SIMULIA Abaqus, probado y potente, y la tecnología fe-safe utilizada por los expertos.
– Escenarios estructurales de varios pasos para una evaluación exhaustiva del rendimiento del producto.

– Técnicas avanzadas con análisis de alto y bajo ciclo (algoritmos basados en la tensión y la deformación).

– Multieventos de fatiga realistas y carga multidireccional para cálculos precisos de durabilidad.

– Más de 350 materiales con propiedades de fatiga.

Imagen 6: Carga de nivel bajo, de nivel alto y de nivel combinado.

Hyundai Motor Company afirma que «la [tecnología] fe-safe predijo correctamente la ubicación del fallo debido a la carga de nivel alto, bajo y combinado. El análisis tuvo en cuenta la tensión residual, la no linealidad del material y las deformaciones de los plásticos». Haga clic aquí para obtener más información sobre SIMULIA fe-safe.

2. Conectado a SOLIDWORKS

– Flujo de trabajo conectado y asociativo con SOLIDWORKS para lograr escenarios hipotéticos eficientes.

Imagen 7: Flujo de trabajo de durabilidad utilizando SOLIDWORKS y 3DEXPERIENCE Works Simulation

3. Fácil colaboración en ingeniería

– La plataforma 3DEXPERIENCE proporciona una plataforma segura basada en la nube con gestión de datos, versionado y trazabilidad.

– El panel de control basado en la web acelera las decisiones técnicas y empresariales al compartir las simulaciones estructurales y de durabilidad con todas las partes interesadas del proyecto.

Realizar estudios de simulación de resistencia y rigidez u optimizar el peso no es suficiente para validar un diseño de por vida (y ganar nuevos proyectos de diseño e ingeniería). No se puede pasar por alto el fenómeno de la fatiga, que puede provocar el fallo del producto bajo cargas cíclicas. Las pruebas de fatiga y la validación son cada vez más habituales para lograr la conformidad de la industria.

La cartera de productos de 3DEXPERIENCE Works ofrece simulación de durabilidad con la tecnología probada de SIMULIA fe-safe acoplada a SIMULIA Abaqus. La plataforma basada en la nube de 3DEXPERIENCE permite rastrear, versionar y compartir datos en un entorno conectado, asociado a SOLIDWORKS para agilizar los flujos de trabajo.

Para obtener más información, póngase en contacto con su distribuidor local de SOLIDWORKS.