Simulación por Elementos Finitos
Un servicio de la Ventanilla Única ADIMRA (VUA)
Anticipate a los problemas mecánicos, de diseño y fabricación de productos
Estudios de comportamiento de piezas, conjuntos mecánicos y grandes deformaciones para prevenir problemas.¿Quiénes pueden acceder?
Las empresas asociadas a
ADIMRA que requieran estudios de comportamiento de piezas, conjuntos mecánicos
y grandes deformaciones, como procesos de forjado y conformado de manera
virtual para prevenir problemas de diseño, mecánicos y de fabricación.
Para esto, se realizan procesos de simulación basados en el método de elementos
y volúmenes finitos en distintos procesos de conformado, tratamientos térmicos,
calentamientos por inducción, modelados estructurales y CFD (Mecánica de fluido
computacional).
El CETEM de ADIMRA cuenta
con tres softwares para simulación (FORGE, COLDFORM y SIMHEAT) para procesos de
conformado en caliente, en frío y tratamientos térmicos o calentamiento por
inducción. Esto permite realizar estudios de comportamiento de piezas de manera
virtual para adelantarse a problemas de diseño/mecánicos y así evitar fallas
futuras. Gracias a estas herramientas, y contando con personal especializado en
simulación, contamos con la posibilidad de simular los siguientes procesos:
·
Forja de matriz
cerrada
·
Forja libre
·
Extrusión
directa e inversa
·
Forja de
rodillos laminadores
·
Forjado por
Recalcadoras
·
Forjado en frío
·
Trenes de
laminación de acero
·
Tratamientos
térmicos
·
Calentamiento
por inducción
Simulación estructural
La simulación estructural permite determinar la resistencia y rigidez de un
elemento, así como sus posibles deformaciones y tensiones. El análisis a
realizar dependerá del tipo de pieza, de la normativa que debe cumplir y el
tipo de cargas a las que se someterá.
En el CETEM de ADIMRA
realizamos los siguientes servicios, relacionados a simulación estructural:
· Ensayos estáticos de
piezas: Este servicio se orienta a la simulación de ensayos estáticos de
esfuerzos y desplazamientos de una pieza o parte para la determinación del
funcionamiento de la misma en una situación de trabajo.
· Ensayos estáticos de
ensamblajes: Este servicio se orienta a la simulación de ensayos estáticos de
esfuerzos y desplazamientos de una pieza o parte dentro de un ensamblaje, donde
se puede estudiar el comportamiento mecánico del mismo en su totalidad.
A partir de la simulación
estructural, se pueden realizar los siguientes tipos de trabajos:
·
Mecánicos
·
Estático,
cuasi-estático, lineal y no lineal.
·
Dinámico, lineal
o no lineal. Análisis modales.
·
Fractura, daño y
fatiga.
·
Interacciones
termo-mecánicas y fluido-estructura.
·
Térmicos
·
Estacionario,
transitorios, lineal y no lineal.
·
Fuentes de calor
fijas o móviles.
·
Cambios de fase.
·
Tratamientos
térmicos.
Simulación en la industria del forjado
En la industria del forjado, el método de
simulación numérica se basa en discretizar (dividir) el volumen de la pieza a
forjar en pequeños volúmenes simples, mediante un software que utiliza modelos
matemáticos especialmente desarrollados para los procesos de deformación
plástica. Una vez fijada la geometría de la matriz, la forma y el material al
forjar, el tipo de máquina y las condiciones de borde (temperatura del
material, de precalentamiento, velocidad y coeficiente de fricción) el software
resuelve el problema matemático y, a través de los volúmenes elementales, se
puede conocer cómo cambian las variables de salida (temperatura, contacto,
etc.) de todo el volumen de la pieza.
Los procesos de forja que se
pueden simular son: Forja de matriz cerrada, forja libre, extrusión, forja de
rodillos laminadores, recalcadoras, y forja de anillo. Los cambios de
temperatura durante el proceso de forja producen en la aleación transformaciones
en estado sólido. Estas transformaciones microestructurales provocan cambios
sensibles en las propiedades materiales durante la evolución del proceso.
Mediante la simulación, se
pueden predecir y evitar defectos tales como el llenado insuficiente, los
pliegues, y también optimizar la pieza de las siguientes formas:
·
Reducir el peso
del tocho inicial, manteniendo el llenado de la matriz sin defectos.
·
Optimizar los
valores de rebaba y flash para reducir esfuerzos en matrices.
·
Optimizar la
geometría de las herramientas de extrusión.
·
Conocer los
esfuerzos que requiere la pieza, para realizar una buena elección de máquina.
·
Optimización del
diseño de la matriz para reducir esfuerzos en la misma.
·
Mejora de la
productividad y vida útil de la matriz.