Mallas

El método de elementos finitos funciona dividiendo un objeto real en un gran número de elementos (de 1000 a 100 000), como pequeños tetraedros o cubos (denominados malla). Las ecuaciones matemáticas predicen el comportamiento de cada elemento. El equipo combina todos los comportamientos individuales de los elementos para predecir el comportamiento de la pieza o el ensamblaje completo.

La calidad de una malla de superficie y las formas de los elementos sólidos afectarán a la precisión de los resultados de la simulación. Además, la densidad de malla (es decir, el número de elementos por volumen de unidad) influye en la precisión de los resultados. Preste atención a la calidad de la malla y al refinado de la malla local para maximizar la precisión de los resultados mediante técnicas de convergencia de malla.

Autodesk Fusion ofrece una generación automatizada de mallas junto con la configuración global y local para el tamaño de la malla, la calidad de la malla, el orden de los elementos y otras opciones.

• La configuración de malla se aplica a todos los componentes.
• Los controles de malla local se aplican a las entidades seleccionadas.
• Cada estudio de simulación cuenta con su propia configuración de malla.

Una malla que sea adecuada equilibra la precisión y el tiempo de cálculo. Las mallas de calidad convergen rápidamente, generan resultados precisos y no producen errores. La mayor parte del proceso de creación de mallas implica especificar los parámetros de malla adecuados.

Nodos y elementos

Antes de resolver un análisis de Fusion, la geometría se divide en pequeñas partes denominadas elementos. La esquina de cada elemento es un nodo. El cálculo se lleva a cabo en los nodos. Además, los nodos se pueden incluir en el punto medio de las aristas de los elementos. Estos elementos y nodos forman la malla.

La precisión de la solución dependerá de una buena malla, y Fusion automatiza gran parte del proceso de creación de mallas para ayudarle a crear una malla adecuada para la simulación.

Un nodo es una ubicación de coordenadas en el espacio donde se definen los grados de libertad. Para los análisis estructurales, los grados de libertad representan el posible movimiento del punto causado por la carga de la estructura. La deformación del material se determina a partir del movimiento relativo de los nodos y las tensiones se calculan en función de las deformaciones y las propiedades del material. Para los análisis térmicos, el único grado de libertad es la temperatura de cada nodo. El flujo de calor se determina a continuación en función de la distribución de la temperatura y la conductividad térmica del material. Los grados de libertad también afectan a las fuerzas y a los momentos que se transfieren de un elemento al siguiente. Los resultados de un análisis de elementos finitos (desviaciones, tensiones, temperaturas, velocidad del flujo de calor) se proporcionan en los nodos.

En el mundo real, un punto se mueve en seis direcciones diferentes: traslación en X, Y y Z, y rotación sobre X, Y y Z. En CEF, un nodo puede estar limitado a los movimientos calculados por varias razones. Por ejemplo, no es necesario calcular la traslación fuera del plano en un elemento 2D. No será un elemento 2D si sus nodos se pueden desplazar fuera del plano. Además, las rotaciones de los nodos no se tienen en cuenta para los elementos sólidos. Todas las deformaciones de los elementos sólidos serán resultado de las traslaciones de los nodos únicamente. Sin embargo, los elementos planos y lineales suelen admitir grados de libertad de rotación.

El grado de libertad de un nodo relaciona los tipos de fuerzas, restricciones o flujos de calor que se transmiten por el nodo al elemento. La fuerza, axial o de corte, corresponde a un grado de libertad de traslación, ya que la rigidez del elemento determina la distancia de desplazamiento del nodo cuando está sujeto a una carga concreta. El momento corresponde a un grado de libertad de rotación. Por lo tanto, para transferir un momento alrededor de un eje determinado, el nodo debe tener un grado de libertad de rotación alrededor de ese eje. Si el nodo no tiene ese grado de libertad de rotación, la aplicación del momento al nodo no tiene ningún efecto en el análisis. Del mismo modo, restringir un nodo con una condición de contorno de rotación no tendrá ningún efecto si el nodo carece de la capacidad de transmitir el momento.

Un elemento es el elemento básico de un análisis de elementos finitos. Existen diferentes tipos de elementos y su uso dependerá del modelo y del tipo de análisis. Actualmente, todos los elementos sólidos de Fusion son tetraédricos (compuestos por cuatro caras triangulares y seis aristas cada uno). Los elementos tetraédricos lineales tienen cuatro nodos. El elemento tetraédrico parabólico añade un nodo intermedio a lo largo de cada arista, lo que da como resultado un total de diez nodos por elemento. Existen dos variaciones de elementos tetraédricos parabólicos, con y sin aristas curvas.

Tabla 1: Variaciones de elementos tetraédricos.

tetraedro lineal	tetraedro parabólico	Tetraedro parabólico con aristas curvas
(4 nodos)	(10 nodos)	(10 nodos)

Un elemento es una relación matemática que define cómo los grados de libertad de un nodo están relacionados con el siguiente nodo. Esta relación matemática también define cómo las desviaciones crean tensiones.