Análisis por elementos finitos (FEA)
El Método de los Elementos Finitos es una técnica matemática utilizada para obtener soluciones aproximadas a problemas de ingeniería que no pueden ser resueltos usando las teorías básicas debido a la complejidad de su geometría, de la física o de las condiciones de contorno. La FEA se integra en el proceso de diseño para reducir los costos. También se utiliza en ciencia para mejorar la comprensión de fenómenos físicos.
Los servicios de FEA ofrecidos incluyen:
- Análisis mecánico estática y dinámico
- Análisis no lineal (contacto, materiales no lineales, grandes deformaciones)
- Análisis térmico (transferencia de calor, estrés térmico)
- Multifísicos (incluyendo CFD y calor)
Idra Simulation ofrece consulting, formación y transferencia de tecnología usando los software open-source Elmer, code_aster, OpenFOAM y Octave:
Para el pre- y post-proceso, usamos Salome y ParaView:
También usamos el software comercial de elementos finitos Midas NFX:
Para crear o modificar un diseño mecánico, usamos Autodesk Fusion 360:
Algunos proyectos realizados en idra:
SECADO POR INFRARROJOS
El objetivo de este proyecto era simular un proceso de secado por infrarrojos (IR). Primero se construyó un modelo de elementos finitos incluyendo lámparas de IR, un sustrato de secado y reflectores con el pre-procesador SALOME y posteriormente se resolvió con ELMER (ambos de código abierto). La segunda parte del proyecto comprendía diferentes técnicas de secado. Las ecuaciones de transferencia de masa y calor se programaron y resolvieron con OCTAVE.
ANÁLISIS DE ESTRÉS
Análisis de estrés de un pistón de freno. Incluye los estrés térmicos y contactos con fricción:
Análisis de estrés de un soporte de ruedas de patín en línea. Incluye la optimización topológica:
Análisis de estrés de un acople flexible. Incluye grandes deformaciones, auto-contacto y conexiones atornilladas:
Análisis de estrés de una jaula de seguridad. Incluye sub-modelling de un modelo bigas/sólidos (leer más en el blog):
CONTROL DE TEMPERATURA DE DISPOSITIVO ELECTRÓNICO
Esta simulación CFD non-isotérmica ha sido calculada usando el software de FEA Elmer:
La simulación ayudó al cliente en el diseño del equipamiento y de los ventiladores, con el objetivo de proteger los componentes de un exceso de temperatura.
ESTRÉS TÉRMICO
En este proyecto las tensiones térmicas inducidas por una estructura industrial de 10 metros de longitud se calcularon en base a un cálculo previo de transferencia de calor. Ambas simulaciones se realizaron secuencialmente con Code_Aster, software de código abierto. La simulación incluía gran cantidad de elementos de contacto y el comportamiento no-lineal del material.
ESTABILIDAD DINÁMICA DE PIEZA DE IMPRESORA 3D
This project uses code_aster to support the design of personalized 3D printed headphones. The simulations test the stability of the device inside the ear from motion captures of different physical activities.
A methodology is also developed to assign each portion of the device a different plastic. It is useful when simulating prototypes built with the new generation of multiple materials 3D printers. This task is performed using the powerful Salome-python scripting:
# extract of Salome-python scripting
k=0
for xx in range((offset*nx)):
aCriteria = []
aCriterion = smesh.GetCriterion(SMESH.VOLUME,SMESH.FT_LyingOnGeom,SMESH.FT_Undefined,Extrusion[xx])
aCriteria.append(aCriterion)
aFilter_3 = smesh.GetFilterFromCriteria(aCriteria)
aFilter_3.SetMesh(device_scaled_translated.GetMesh())
MAT[xx] = device_scaled_translated.GroupOnFilter( SMESH.VOLUME, 'MAT'+repr(xx), aFilter_3
The script builds an array of cubes overlaying the part, and assign the elements inside each cube a different material.
MULTIFÍSICOS
La colaboración con este cliente implicó muchas simulaciones multifísicas. En el caso mostrado: piezoeléctrico, deformación mecánica, presión acústica y transferencia de calor. La imagen muestra los resultados de una simulación axi-simétrica de un aparato de ultrasonido.
Otro ejemplo de simulación multifísica. En este caso, cuatro físicas están implicadas. La corriente eléctrica, la transferencia de calor por efecto Joule, la convection natural y la velocidad de flujo:
Ver un post relacionado con este proyecto.
ECUACIÓN CONSTITUTIVA
Esta animación muestra la contracción de un músculo después de un cambio en el potencial eléctrico. La ley constitutiva es hiperelástica y ortotrópica.
El estrés de Cauchy es función de los invariantes de deformación y de la dirección de las fibras:
Esa simulación de impacto (dinámica implícita) es otro ejemplo de material hiperelástico :
Ambas simulaciones han sido realizadas con Alya. Pueden leer una publicación científica o este post para saber más acerca de Alya.
CFD+CALOR
Este cliente quería probar la eficiencia de diferentes materiales en un “muro Trombe”. La radiación solar calienta la parte exterior del muro y el calor pasa lentamente a través del muro hasta alcanzar la superficie interior de la pared varias horas después (builditsolar.com).
Otros ejemplos de simulaciones multifísicas realizadas con Elmer:
Ventilación de una sala con un radiador en una pared lateral y un difusor de aire en el techo:
Aparato de cocción sous-vide, incluyendo una bomba y una resistencia eléctrica:
