Sinopsis

El Método de los Elementos Finitos (MEF) es sin duda una de las herramientas más utilizadas actualmente en el ámbito del análisis y diseño de sistemas mecánicos. Permite validar y optimizar diseños de forma rápida y versátil, reduciendo la necesidad de costosas campañas experimentales y ofreciendo al diseñador información muy valiosa sobre el comportamiento del sistema y la influencia que tienen en él aspectos como la geometría, el material, la naturaleza de las cargas, etc.

Basado en la extensa experiencia de los autores tanto docente como investigadora y en trabajos para empresas, este libro muestra cómo emplear el método para estudiar problemas reales de diseño mecánico. Con un enfoque teórico-práctico, está dirigido a alumnos del Grado de Ingeniería Mecánica o del Grado de Ingeniería en Tecnologías Industriales con el objetivo de dotarles de las nociones básicas teóricas y prácticas a la hora de afrontar un análisis mecánico mediante este método.

La guía se ha dividido en dos partes claramente diferenciadas:

En la primera parte se explican los conceptos básicos del MEF, siempre desde un punto de vista eminentemente práctico y con numerosos ejemplos ilustrativos.

En la segunda parte se presenta una serie de ejemplos de aplicación de análisis por Elementos Finitos de distintos sistemas mecánicos: rodamientos, rótulas, implantes dentales, uniones atornilladas, etc. Para cada caso se describe cuál el problema que debe resolverse y se explican las características del modelo que se ha desarrollado para lograr los resultados requeridos.

Sobre la base de los conceptos presentados en la primera parte del libro, en cada ejemplo se discute sobre si el modelo debe ser tridimensional o bidimensional, qué tipo de elemento habrá que utilizar y cómo será la malla, cómo se aplicarán las cargas y las condiciones de contorno, si bastará con hacer un análisis lineal o será necesario uno no lineal, cuál será el nivel de precisión de los resultados según el modelo empleado y la naturaleza propia del problema.

El fin de esta guía práctica es precisamente dotar al futuro analista de Elementos Finitos de los conocimientos necesarios para que sea capaz de desarrollar el mejor modelo para dar respuesta a un problema particular.

Los autores son profesores Escuela de Ingeniería de la Universidad del País Vasco.

Índice

Prólogo

PARTE I. FUNDAMENTOS TEÓRICOS
Estructura de la parte I
Capítulo 1: Introducción al Método de los Elementos Finitos
1.1. Diseño mecánico y métodos de análisis
1.2. Base intuitiva del Método de los Elementos Finitos
1.3. Organización de un software de Elementos Finitos

Capítulo 2: Fundamentos matemáticos
2.1. Funciones de interpolación
2.2. Coordenadas naturales
2.3. Elementos de orden superior

Capítulo 3: Matriz de rigidez
3.1. Relaciones fundamentales en un elemento
3.2. Cálculo de la matriz de rigidez de un elemento
3.3. Ejemplos del cálculo de matriz de rigidez de un elemento finito
3.4. Cálculo de la matriz de rigidez del modelo
3.5. Condiciones de contorno del modelo

Capítulo 4: Análisis de modelos bidimensionales
4.1. Tipos y aplicaciones de análisis bidimensionales
4.2. Condiciones de contorno en modelos bidimensionales
4.3. Mallado de modelos bidimensionales
4.4. Ejemplo de análisis de una pieza bidimensional

Capítulo 5: Análisis de modelos tridimensionales
5.1. Aspectos generales del análisis tridimensional
5.2. Consideraciones generales sobre elementos sólidos

Capítulo 6: Análisis estático no lineal
6.1. Introducción
6.2. Resolución práctica de un análisis no lineal
6.3. Necesidad de realizar un análisis no lineal

Capítulo 7: Técnicas avanzadas en análisis estático
7.1. Introducción
7.2. Técnica de submodelos
7.3. Técnica de superelementos
7.4. Mallado adaptativo
7.5. Simetría cíclica

Referencias bibliográficas de la parte I

PARTE II. EJEMPLOS DE APLICACIÓN
Estructura de la parte II

Ejemplo 1: Análisis de una unión atornillada crítica
• Enunciado del problema
• Discusión sobre el análisis EF
• Solución propuesta
• Referencias

Ejemplo 2: Análisis de carga-descarga de un gancho de grúa
• Enunciado del problema
• Discusión sobre el análisis EF
• Solución propuesta
• Referencias

Ejemplo 3: Cálculo del factor de mayoración de cargas en una rótula esférica
• Enunciado del problema
• Discusión sobre el análisis EF
• Solución propuesta
• Referencias

Ejemplo 4: Cálculo del microgap en implantes dentales de conexión cónica
• Enunciado del problema
• Discusión sobre el análisis EF
• Solución propuesta
• Referencias

Ejemplo 5: Cálculo de la fuerza de extracción del poste en un implante dental
• Enunciado del problema
• Discusión sobre el análisis EF
• Solución propuesta
• Referencias

Ejemplo 6: Cálculo de capacidad de carga en rodamientos de vuelco
• Enunciado del problema
• Discusión sobre el análisis EF
• Solución propuesta
• Referencias

Ejemplo 7: Cálculo del par de fricción en rodamientos de vuelco
• Enunciado del problema
• Discusión sobre el análisis EF
• Solución propuesta
• Referencias

Ejemplo 8: Simulación del ensamblado de unión para sector oil&gas;
• Enunciado del problema
• Discusión sobre el análisis EF
• Solución propuesta
• Referencias

Ejemplo 9: Análisis de fatiga de prótesis dental implantosoportada
• Enunciado del problema
• Discusión sobre el análisis EF
• Solución propuesta
• Referencias

Ejemplo 10: Estudio de capacidad de sellado de junta labial
• Enunciado del problema
• Discusión sobre el análisis EF
• Solución propuesta
• Referencias

Ejemplo 11: Modelización avanzada de conjunto buje-pala de aerogenerador
• Enunciado del problema
• Discusión sobre el análisis EF
• Solución propuesta
• Referencias