El método de los elementos finitos (MEF) es una poderosa técnica numérica utilizada en la industria de la inyección de plásticos. Esta técnica numérica se utiliza para resolver diferentes desafíos relacionados con el diseño y la fabricación de componentes plásticos. Al dividir el dominio de la pieza en pequeños elementos finitos, es posible simular con precisión el comportamiento estructural y térmico de las piezas durante el proceso de inyección. Con este sistema, los ingenieros pueden optimizar el diseño de moldes, predecir y corregir posibles defectos de fabricación, y mejorar la eficiencia y calidad de los productos finales.
En Crediplast llevamos décadas dedicados a la fabricación de moldes y la inyección de plásticos y utilizamos esta técnica para optimizar al máximo nuestros procesos. En este artículo te contamos en qué consiste y cómo nos ayuda a mejorar nuestro sistema de producción.
¿Qué es el método de elementos finitos?
Entendemos que este tema puede resultar un poco complicado, por eso vamos a explicarlo de forma sencilla y fácil de entender.
El método de elementos finitos es como una especie de superpoder para los ingenieros y científicos. Se trata de entender cómo se comporta una estructura o un material cuando se somete a diferentes condiciones, como el calor o la presión. El MEF permite hacer eso en un ordenador.
¿Cómo lo hace? Piensa en la pieza o estructura como un rompecabezas gigante. Divide ese rompecabezas en pedazos más pequeños llamados «elementos finitos». Luego, para cada pedazo, se aplican fórmulas y ecuaciones que describen cómo reacciona ese material a las fuerzas que se le aplican.
Al juntar todas estas piezas pequeñas, se puede tener una imagen completa de cómo se comporta todo el sistema. Es como construir una maqueta digital de la estructura y probarla virtualmente antes de hacerla en la vida real. Esto ayuda a diseñar mejor, a prever problemas y a mejorar la calidad de los productos fabricados.
Análisis de elementos finitos
El análisis de elementos finitos es un proceso exhaustivo que permite evaluar el comportamiento de estructuras y materiales bajo diferentes condiciones y cargas. Utilizando modelos matemáticos y herramientas de software avanzadas, este método abarca una amplia gama de variantes para comprender con precisión el rendimiento de los sistemas.
Durante el análisis, se examinan y evalúan diversas características y aspectos, que incluyen:
- Estructuras y deformaciones: se estudia cómo responde una estructura a las fuerzas aplicadas, como la tensión, la compresión y la flexión.
- Flujo de calor y transferencia de masa: se analiza la distribución y transferencia de calor dentro de un sistema, así como la difusión de sustancias en medios sólidos o líquidos.
- Dinámica estructural: se investiga el comportamiento dinámico de la estructura frente a vibraciones, impactos o cargas cíclicas.
- Interacciones fluido-estructura: se examina cómo afecta el flujo de fluidos al comportamiento estructural y viceversa, especialmente en aplicaciones como aerodinámica o hidráulica.
Este análisis integral proporciona información detallada sobre la respuesta del sistema ante diferentes escenarios, lo que permite a los ingenieros diseñar y mejorar productos y procesos con mayor precisión y eficiencia.
Software de análisis de elementos finitos
La simulación por elementos finitos se apoya en diferentes tipos de software especializado que facilita la creación, simulación y análisis de modelos numéricos. Estos programas están diseñados para ofrecer herramientas avanzadas que permiten a los ingenieros realizar análisis estructurales, térmicos, fluidodinámicos y electromagnéticos con precisión y eficiencia.
Estos son los más comunes:
- Altair HyperWorks Suite: este conjunto de software ofrece una amplia gama de herramientas para la simulación y optimización de productos y procesos. Incluye soluciones para análisis estructural, dinámica de fluidos, optimización topológica y más.
- Simulation Mechanical: desarrollado por Autodesk, es una herramienta integral que permite realizar análisis de elementos finitos avanzados, incluyendo análisis estáticos, dinámicos y térmicos, así como simulaciones de flujo de fluidos.
- COMSOL Multiphysics: conocido por su versatilidad, es un software de simulación multifísica que permite realizar análisis de EF junto con otros tipos de análisis, como transferencia de calor, electromagnetismo y química.
- Ansys: Ansys es uno de los líderes en software de análisis de ingeniería, proporcionando soluciones completas para análisis estructurales, térmicos, dinámicos y multifísicos. Su suite de productos ofrece una amplia gama de capacidades y herramientas avanzadas.
- AutoFEM Análisis: este software se integra con el entorno de diseño de AutoCAD y ofrece capacidades de análisis para ingenieros y diseñadores. Permite realizar análisis estáticos, dinámicos y térmicos directamente dentro de la plataforma de diseño.
Cada uno de estos programas tiene sus propias características y ventajas, y la elección del software adecuado depende de los requisitos específicos del proyecto, la experiencia del usuario y otros factores.
Método de elementos finitos aplicado a estructuras
El método de elementos finitos en estructuras se utiliza en la industria del plástico para analizar y optimizar el comportamiento de componentes y productos. Esta técnica, altamente precisa y eficiente, ofrece una visión detallada del rendimiento estructural bajo diferentes condiciones de carga y entorno operativo.
Durante este proceso, se llevan a cabo diferentes actividades y consideraciones entre las que se incluyen:
- Modelado geométrico: se crea un modelo virtual tridimensional de la estructura a analizar, que representa con precisión la geometría y las características específicas del componente o producto.
- Definición de material: se especifican las propiedades mecánicas y físicas del material plástico utilizado en la fabricación, incluyendo su resistencia, rigidez, coeficientes de expansión térmica, entre otros.
- Condiciones de carga: se simulan las condiciones reales de carga y funcionamiento que experimentará la estructura durante su vida útil, incluyendo fuerzas externas, presiones de inyección, temperaturas y ambientes corrosivos.
- Análisis estructural: utilizando algoritmos y métodos numéricos avanzados, se realizan cálculos y simulaciones para evaluar el comportamiento mecánico de la estructura, identificar posibles puntos críticos de tensión, deformación o fatiga, y predecir su rendimiento bajo diferentes escenarios.
- Optimización del diseño: con los resultados del análisis, se pueden realizar ajustes y mejoras en el diseño de la estructura para maximizar su resistencia, durabilidad y eficiencia, minimizando al mismo tiempo el peso y los costes de fabricación.
Aplicando este método de la forma correcta los ingenieros pueden tomar decisiones informadas y realizar mejoras significativas en el diseño y fabricación de productos de plástico, garantizando su calidad, seguridad y competitividad en el mercado.
En Crediplast utilizamos esta técnica para ofrecer a nuestros clientes productos de máxima calidad y funcionalidad, si necesitas una empresa fiable y experta para materializar tus proyectos, no dudes en contactar con nosotros.