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ESPE
ENERGÍA MECÁNICA INNOVACIÓN Y FUTURO
No. 9 Vol. 1 / 2020 (10) ISSN 1390 - 7395 (4/10)
Artículo Cientíco / Scientic Paper
- 41 -
1. Introducción
El diseño mecánico consiste básicamente en
aplicar conocimientos multidisciplinarios cientícos
y tecnológicos de frontera, a diferencia del diseño
artesanal basado en conocimientos empíricos. El
principal elemento del diseño es el cálculo que
permite evitar la falla de los elementos mecánicos,
además de garantizar la satisfacción de la necesidad
de acuerdo a su destino de uso al menor costo posible.
Deben considerarse diversos criterios de diseño y
teorías en su cálculo, ya sea con la losofía de diseño
por evolución como por la de innovación. [1]
El método de elementos nitos (MEF), es un
método numérico generalmente utilizado para la
solución de problemas con alto grado de dicultad, ya
que involucran geometrías complejas, determinación
de propiedades de materiales y cargas no distribuidas.
El análisis por elementos nitos es un método
computarizado para predecir cómo un objeto real
reaccionará a fuerzas, calor, vibración, ujo de uidos,
fenómenos eléctricos y magnéticos, entre otros. En
términos generales se reere a si este se romperá,
fallara o trabajara como fue diseñado. [2]
El MEF, por tanto, se basa en transformar un
cuerpo de naturaleza continua en un modelo discreto
aproximado, esta transformación se denomina
discretización del modelo. El conocimiento de lo que
sucede en el interior del cuerpo aproximado, se obtiene
mediante la interpolación de los valores conocidos
en los nodos. Es por tanto una aproximación de los
valores de una función a partir del conocimiento de un
número determinado y nito de puntos. [3]
Aplicación del método
La forma más intuitiva de comprender el método,
al tiempo que la más extendida, es la aplicación a
una placa sometida a tensión plana. El MEF se puede
entender, desde un punto de vista estructural, como
una generalización del cálculo matricial de estructuras
al análisis de sistemas continuos. De hecho, el método
navío por evolución de aplicaciones a sistemas
estructurales. [4]
Un elemento nito e viene denido por sus nodos
(i,j,m) y por su contorno formado por líneas que los
unen. Los desplazamientos u de cualquier punto del
elemento se aproximan por un vector columna
Ec. 1
El elementos Finitos, se representa a traves de la
Figura 1.
Figura 1. Coordenadas nodales (i,j,k) y desplazamientos de los nodos.
Fuente: Eduardo Frias (2004)
N son funciones de posición dadas (funciones
de forma) y e es un vector formado por los
desplazamientos nodales de los elementos
considerados. Para el caso de tensión plana. [4]
U: son los movimientos horizontal y vertical en n
punto cualquiera del elemento.
a
j
: Son los desplazamientos del nodo i.
Las funciones de posición han de
escogerse de tal forma que al sustituir en Ec 1. Las
coordenadas nodales, se obtengan los desplazamientos
nodales.
Conocidos los desplazamientos de todos los puntos
del elemento, se pueden determinar las deformaciones
(ɛ) en cualquier punto. Que vendrán dadas por una
relación del tipo siguiente:
ε=Su
Ec. 2
Siendo S u operador lineal adecuado. Sustituyendo
la Ec. 1 en Ec. 2 se obtienen las expresiones siguientes:
ε=Ba
Ec. 3
B=SN
Ec. 4
FONSECA, SOLÍS, ARROBA, MASAQUIZA /
ANÁLISIS ESTRUCTURAL MEDIANTE EL MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS DE LA
CARROCERÍA TIPO VOLKSROD PARA LA CONSTRUCCIÓN DE UN VEHÍCULO DE PROPULSIÓN ELÉCTRICA