Caso 10:: "Simulación de Estructuras"

El caso de esta semana giro alrededor de la resistencia en las estructuras (estímulos: A, B, C y D), vimos 4 vídeos que se enfocaron en dos ejemplos, la simulación de estructuras en los puentes usando "pontifex" y una simulación de una pieza en el programa "catia".

Pontifex es un juego de simulación donde se construyen puentes, por los cuales deben de pasar ya sean carros, un tren o un barco un determinado número de veces, el puente debe soportar su peso por si solo. Tenemos un presupuesto asignado y también podemos elegir entre diferentes materiales para su construcción.

Al estar experimentando con pontifex, me dí cuenta que lo mas importante a la hora de construir puentes son los apoyos principales, la resistencia del material, las tensiones de los mismos, donde se construirán (sobre ríos, montañas o la ciudad), la longitud del mismo, entre otras cosas.

Estos so algunos de los puentes que construí en el programa:

En la siguiente imagen se observa que el puente por si solo no genera ni puntos de tensión ni de presión, y por lo tanto se mantiene en pie.



Pero a la hora de que pase el tren este cae inevitablemente, a pesar de que tiene dos apoyos en el fondo del río. En la foto se observan los puntos de tensión (de color azul) que se estiran tanto que se rompen al final.

Otro ejemplo es el siguiente, pero al contrario del anterior, este puente se desplomo, no del todo, y de manera extraña el tren si paso las 4 veces, lo cual me dio mucha risa.. Las dos imágenes están abajo, donde se observan los puntos de tensión, en color azul, y los de presión, que van desde los amarillos, los anaranjados y los rojos.

El conocimiento intuitivo está definido como la aprehensión inmediata de las experiencias internas o externas en su experimentación o percepción. A esta aprehensión, los metafísicos la llaman espiritual, porque no es sensible, pero sabemos que existe, por lo que también se convierte en no negable. Como el ser humano, aprende por tres elementos de su estructura psíquica –la razón, el conocimiento, la voluntad- los juicios que se emiten basados en este tipo de conocimiento se vuelven entonces independientes y personales, aún cuando exista una conciencia cognoscente general en el ser humano. En otras palabras, hay conocimientos que adquirimos por naturaleza, pero que cada quién tiene en uno u otro grado.

El método de los elementos finitos

(MEF en castellano o FEM en inglés) es un método numérico general para la aproximación de soluciones de ecuaciones diferenciales parciales muy utilizado en diversos problemas de ingeniería y física. El MEF está pensado para ser usado en computadoras y permite resolver ecuaciones diferenciales asociadas a un problema físico sobre geometrías complicadas.

El MEF se usa en el diseño y mejora de productos y aplicaciones industriales, así como en la simulación de sistemas físicos y biológicos complejos. La variedad de problemas a los que puede aplicarse ha crecido enormemente, siendo el requisito básico que las ecuaciones constitutivas y ecuaciones de evolución temporal del problema a considerar sean conocidas de antemano.

Un amplio rango de funciones objetivo (variables con el sistema) están disponibles para la minimización ó la maximización:

• Masa, volumen, temperatura
• Energía tensional, esfuerzo tensional
• Fuerza, desplazamiento, velocidad, aceleración
• Sintética (definidas por el usuario)

Hay múltiples condiciones de carga que se pueden aplicar al sistema. Algunos ejemplos son:

• Puntuales, presión, térmicas, gravedad, y cargas centrífugas estáticas
• Cargas térmicas de soluciones del análisis de transmisión de calor
• Desplazamientos forzados
• Flujo de calor y convención
• Puntuales, de presión, y cargas de gravedad dinámicas

Cada programa MEF puede venir con una biblioteca de elementos, o una que es construída con el tiempo. Algunos ejemplos de elementos son:

• Elementos tipo barra
• Elementos tipo viga
• Placa/Cáscara/Elementos compuestos
• Panel de sándwich
• Elementos sólidos
• Elementos tipo muelle
• Elementos de masa
• Elementos rígidos
• Elementos amortiguadores viscosos

Muchos programas MEF también están equipados con la capacidad de usar múltiples materiales en la estructura, como:

• Modelos elásticos isotrópicos / ortotrópicos / anisótropicos generales
• Materiales homogéneos / heterogéneos
• Modelos de plasticidad
• Modelos viscosos

El programador puede insertar numerosos algoritmos o funciones que pueden hacer al sistema comportarse de manera lineal o no lineal. Los sistemas lineales son menos complejos y normalmente no tienen en cuenta deformaciones plásticas. Los sistemas no lineales toman en cuenta las deformaciones plásticas, y algunos incluso son capaces de verificar si se presentaría fractura en el material.

Algunos tipos de análisis ingenieriles comunes que usan el método de los elementos finitos son:

• Análisis estructural consiste en modelos lineales y no lineales. Los modelos lineales usan parámetros simples y asumen que el material no es deformado plásticamente. Los modelos no lineales consisten en tensionar el material más allá de sus capacidades elásticas. La tensión en el material varía con de deformación.
• Análisis vibracional es usado para probar el material contra vibraciones aleatorias, choques e impactos. Cada uno de estos incidentes puede actuar en la frecuencia natural del material y puede causar resonancia y el consecuente fallo.
• Análisis de fatiga ayuda a los diseñadores a predecir la vida del material o de la estructura, enseñando el efecto de los ciclos de carga sobre el especimen. Este análisis puede mostrar las áreas donde es más posible que se presente una grieta. El fallo por fatiga puede también enseñar la tolerancia al fallo del material.

Los modelos de análisis de transferencia de calor por conductividad o por dinámicas térmicas de flujo del material o la estructura. El estado continuo de transferencia se refiere a las propiedades térmicas en el material que tiene una difusión lineal de calor.