¿Qué es Mallado en FEA?

El análisis de elementos finitos (FEA) es una representación matemática de un sistema físico que comprende una pieza / ensamblaje, las propiedades del material y las condiciones de contorno. En varias situaciones, el comportamiento del producto en el mundo real no se puede aproximar mediante simples cálculos manuales. Una técnica general como FEA es un método conveniente para representar comportamientos complejos capturando con precisión fenómenos físicos utilizando ecuaciones diferenciales parciales. FEA ha madurado y se ha democratizado para que pueda ser utilizado tanto por ingenieros de diseño como por especialistas.

El mallado es uno de los pasos más importantes para realizar una simulación precisa utilizando FEA. Una malla está formada por elementos que contienen nodos (ubicaciones de coordenadas en el espacio que pueden variar según el tipo de elemento) que representan la forma de la geometría. Un solucionador de FEA no puede trabajar fácilmente con formas irregulares, pero es mucho más feliz con formas comunes como cubos. El mallado es el proceso de convertir formas irregulares en volúmenes más reconocibles llamados «elementos».

Antes de comenzar a mallar, primero debe cargar una geometría o un modelo CAD en, por ejemplo, Ansys Mechanical para comenzar el proceso de simulación.

Cómo preparar su CAD / geometría para el mallado

Al utilizar software de simulación FEA, como Mechanical, es importante determinar qué características de su modelo CAD deben combinarse y qué características no. Muchas veces, la geometría CAD es muy compleja y detallada para fines de fabricación. Pero para una simulación, es posible que no necesite todos los detalles, por lo que algunas partes de su geometría pueden ser anuladas, lo que significa eliminar esos detalles para ahorrar tiempo.

Por ejemplo, su producto puede tener una placa de identificación adjunta. Es posible que no necesite aprender los efectos físicos de esta placa de identificación, por lo que la placa puede romperse para evitar crear una malla, lo que ahorra tiempo de mallado y de resolución.

Otro aspecto importante de preparar su modelo CAD para la simulación es describir la relación entre dos o más partes en su geometría. Por ejemplo, si su geometría comparte nodos entre caras (o aristas) comunes, es importante decidir si será una malla conforme o no conforme. Se utiliza una malla conformada para las piezas unidas mediante pegamento o soldaduras. Se utiliza una malla no conforme para las piezas unidas por contactos o juntas. En Ansys Mechanical, puede combinar estos enfoques para satisfacer sus necesidades.

Lea el blog Tres pasos para mejorar su modelo FEA para obtener más información.

Tipos de métodos de mallado: tetraédrico frente a hexaédrico

Hay dos tipos principales de métodos de mallado. A estos efectos, nos referimos a modelos 3D:

• Mallado de elementos tetraédricos o «tet»
• Malla de elemento hexaédrico o «hexagonal»

Los elementos hexagonales o «ladrillos» generalmente dan como resultado resultados más precisos con recuentos de elementos más bajos que los elementos tet. Si se trata de una geometría compleja, los elementos tet pueden ser la mejor opción. Estos métodos de malla predeterminados o automáticos pueden ser suficientes para llevarlo a donde necesita ir, sin embargo, existen métodos adicionales que pueden brindarle más control de malla.

Mallado híbrido

En Mechanical, puede utilizar un método multizona, que es un híbrido de elementos hexadecimales y tet que le permite mallar diferentes partes de la geometría con diferentes métodos. Esto le permite realizar menos preparación de geometría y tener más mallas de control local.

Mallado de barrido

Con la malla de barrido, la malla realmente «barre» la malla a través del volumen y las caras para ayudar a crear una malla eficiente con un tamaño regular.

Decidir qué método de malla usar generalmente depende del tipo de análisis (explícito o implícito) o física que está resolviendo y el nivel de precisión que desea lograr. Algunas otras opciones son mallas cartesianas y tets en capas que se utilizan para análisis específicos como la fabricación aditiva.

Controles de malla

Los controles de malla permiten una malla más precisa. Ansys Mechanical le permite controlar mallas locales, en lugar de una malla global que malla todo el CAD con el mismo método. Algunos ejemplos de controles de mallado local incluyen el dimensionamiento local, el refinamiento y la derrota de la esfera de influencia de la geometría.

Tomemos el cuadro de una motocicleta, por ejemplo. Es posible que desee aplicar un enfoque de malla general en toda la geometría, pero use una estrategia diferente donde se encuentran las conexiones soldadas y atornilladas. El uso de controles de mallado local le permite crear una malla más refinada en estas ubicaciones y no mallar toda la pieza con elementos más pequeños, lo que llevaría más tiempo resolver.

¿Por qué es importante una malla de buena calidad?

En pocas palabras, una malla de buena calidad equivale a resultados más precisos. Una malla deficiente puede resultar en dificultades de convergencia, lo que puede llevar a resultados incorrectos y conclusiones falsas. La calidad de su malla depende de algunos escenarios:

• Qué tipo de análisis está realizando.
• Cuánto tiempo quieres invertir en la malla.
• Cuánto tiempo quieres invertir en resolverlo.

En algunos casos, es posible que esté buscando una solución rápida, algo que ayude a aclarar una decisión de diseño. En este caso, es posible que no desee dedicar mucho tiempo a configurar su malla. Otras veces, es posible que desee una solución o un resultado muy preciso, lo que requeriría algo de tiempo y esfuerzo para configurar su malla con diferentes métodos y controles.

Una buena malla tiene un criterio de calidad que se ajusta a sus necesidades (tipo de análisis, nivel de precisión, tiempo) como la calidad del elemento y la relación de aspecto. En última instancia, recomendamos comprender su geometría y utilizar controles para obtener la mejor malla posible, lo que, después de todo, conduce a un mejor diseño de producto.