Elemento finito en ingenieria

Elemento finito en ingenieria

análisis de elementos finitos en ingeniería mecánica

El análisis de elementos finitos (AEF) es el proceso de simulación del comportamiento de una pieza o conjunto en unas condiciones determinadas para poder evaluarlo mediante el método de los elementos finitos (MEF). Los ingenieros utilizan el AEF para ayudar a simular fenómenos físicos y reducir así la necesidad de realizar prototipos físicos, al tiempo que permiten optimizar los componentes como parte del proceso de diseño de un proyecto.

Los AEF utilizan modelos matemáticos para comprender y cuantificar los efectos de las condiciones del mundo real en una pieza o conjunto. Estas simulaciones, que se realizan mediante un software especializado, permiten a los ingenieros localizar posibles problemas en un diseño, incluidas las zonas de tensión y los puntos débiles.

La mayoría de los procesos pueden describirse mediante ecuaciones diferenciales parciales (EDP), pero estas complejas ecuaciones deben resolverse para poder estimar parámetros como las tasas de tensión y deformación. Los AEF permiten una solución aproximada de estos problemas.

Aunque algunas teorías afirman que los AEF tienen sus raíces en los trabajos de Euler del siglo XVI, los primeros trabajos matemáticos que detallan directamente la técnica se remontan al trabajo de Schellbach de 1851. El AEF fue desarrollado posteriormente por ingenieros de diferentes industrias de todo el mundo para resolver un gran número de problemas de mecánica estructural, principalmente en ingeniería civil y aeroespacial. El primer desarrollo de los AEF para aplicaciones del mundo real comenzó a mediados de la década de 1950 y se siguió desarrollando durante las siguientes décadas.

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El análisis de elementos finitos (AEF) es el proceso de simulación del comportamiento de una pieza o un conjunto en unas condiciones determinadas para poder evaluarlo mediante el método de los elementos finitos (MEF). Los ingenieros utilizan el AEF para ayudar a simular fenómenos físicos y reducir así la necesidad de realizar prototipos físicos, al tiempo que permiten optimizar los componentes como parte del proceso de diseño de un proyecto.

Los AEF utilizan modelos matemáticos para comprender y cuantificar los efectos de las condiciones del mundo real en una pieza o conjunto. Estas simulaciones, que se realizan mediante un software especializado, permiten a los ingenieros localizar posibles problemas en un diseño, incluidas las zonas de tensión y los puntos débiles.

La mayoría de los procesos pueden describirse mediante ecuaciones diferenciales parciales (EDP), pero estas complejas ecuaciones deben resolverse para poder estimar parámetros como las tasas de tensión y deformación. Los AEF permiten una solución aproximada de estos problemas.

Aunque algunas teorías afirman que los AEF tienen sus raíces en los trabajos de Euler del siglo XVI, los primeros trabajos matemáticos que detallan directamente la técnica se remontan al trabajo de Schellbach de 1851. El AEF fue desarrollado posteriormente por ingenieros de diferentes industrias de todo el mundo para resolver un gran número de problemas de mecánica estructural, principalmente en ingeniería civil y aeroespacial. El primer desarrollo de los AEF para aplicaciones del mundo real comenzó a mediados de la década de 1950 y se siguió desarrollando durante las siguientes décadas.

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Este libro presenta las teorías y las principales técnicas útiles del Método de los Elementos Finitos (MEF), con una introducción al MEF y muchos casos prácticos de su uso en la práctica de la ingeniería. Ayuda a los ingenieros y estudiantes a resolver principalmente problemas lineales en ingeniería mecánica, con un enfoque principal en problemas estructurales estáticos y dinámicos.Se anima a los lectores de este texto a descubrir la relación adecuada entre la teoría y la práctica, dentro del método de los elementos finitos:  La práctica sin teoría es ciega, pero la teoría sin práctica es estéril.Comenzando con los conceptos básicos de elasticidad y las teorías clásicas de los materiales sometidos a tensión, la obra pasa a aplicar la relación entre fuerzas, desplazamientos, tensiones y deformaciones en el proceso de modelización, simulación y diseño de sistemas técnicos de ingeniería. En los capítulos se analizan las ecuaciones de elementos finitos para el análisis estático, de valores propios, así como los análisis transitorios. Los estudiantes y los profesionales que utilicen programas comerciales de MEF encontrarán este libro muy útil. Utiliza ejemplos sencillos para demostrar un procedimiento de elementos finitos completo y detallado, haciendo hincapié en las diferencias entre los procedimientos exactos y los numéricos.

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Los errores de ingeniería pueden dar lugar a catástrofes de gran repercusión e incluso a litigios. Por ello, los ingenieros deben optimizar y someter a prueba sus diseños. Hacerlo también puede ahorrar millones en la creación de prototipos iterativos con materiales físicos.

La importancia de los AEF radica en su capacidad para tomar un diseño complejo y ofrecer una visión de su eficiencia y robustez del diseño. Con el AEF, los ingenieros pueden obtener información temprana sobre los fallos del sistema y las técnicas de diseño inadecuadas.

A continuación, podemos asignar los datos de cada uno de los elementos finitos. Esto descompone una ecuación a gran escala en múltiples ecuaciones más pequeñas para cada elemento. Estas ecuaciones se combinan para dar una imagen de la dinámica que actúa sobre el diseño.

En el AEF, los ingenieros pueden ajustar la precisión de la predicción de un dominio complicado para mantener el enfoque en el problema principal. Por ejemplo, en un AEF de una pierna humana, podrían centrar la precisión de la predicción en las tensiones que actúan sobre la rodilla durante el ejercicio de impacto.

La naturaleza de los AEF ofrece algunas ventajas más. El uso de elementos finitos permite el modelado de múltiples tipos de materiales, la comprobación de geometrías complejas y la capacidad de capturar los efectos locales que actúan en una pequeña zona del diseño.

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