Estudios de Topología con SOLIDWORKS Simulation 2018

SOLIDWORKS Simulation 2018 presenta un nuevo tipo de estudio, el estudio de topología, que permite a los diseñadores y los ingenieros desarrollar innovadores componentes de masa mínima. Basándose en las cargas y limitaciones estáticas lineales, el estudio de topología “eliminará” elementos de la malla de elementos finitos hasta alcanzar el objetivo de masa o la mejor forma de relación rigidez-peso. Este proceso iterativo de eliminación de elementos está limitado por las restricciones del estudio, como la deformación máxima permitida y los controles de fabricación.

Para adentrarnos en este nuevo estudio, vamos a examinar un ejemplo sencillo que he llevado a cabo recientemente. El modelo que se muestra a continuación es el de un simple mecanismo de elevación de bisagra asistido por gas y la tarea consiste en ir perfeccionando el diseño del componente azul para reducir su peso sin modificar su rigidez.

El primer paso del proceso de refinamiento del diseño consiste en determinar las cargas que el vínculo experimentará durante el funcionamiento de la bisagra. La versión actual del estudio de topología solo se puede aplicar a piezas que contengan un único sólido, pero las cargas que experimenta el enlace se deben al movimiento del ensamblaje. Al realizar un análisis del movimiento en el ensamblaje, las cargas en los puntos de conexión de enlace se pueden calcular y transferir a la pieza para su análisis. En la siguiente imagen, las cargas sobre el vínculo azul se muestran mediante el tamaño de las flechas amarillas y la carga máxima en el amortiguador de gas.

Es una buena costumbre ejecutar un estudio estático de la pieza antes de ejecutar un estudio de topología para asegurarse de que las cargas aplicadas no se traducen en una solución que infrinja las hipótesis estáticas lineales de pequeñas desviaciones y tensiones que están por debajo del límite elástico de los componentes.

La creación de un estudio de topología es igual a la de un estudio estático; los materiales, cargas y limitaciones son las mismas. Lo que es diferente son las dos nuevas entradas: Los objetivos y las limitaciones, y los controles de fabricación.

El objetivo del estudio de topología puede ser o bien minimizar la masa o el desplazamiento de su pieza o maximizar su rigidez (mejor relación rigidez-peso). Es una buena costumbre comenzar con la mejor opción de relación rigidez-peso (maximizar rigidez).

En el caso de que tenga un desplazamiento máximo de un componente que no desea sobrepasar durante el estudio de topología, utilice el objetivo para minimizar el desplazamiento máximo o minimice el peso con la opción de restricción de desplazamiento. Observará que los tres objetivos siempre minimizan la masa. El efecto de la alteración del objetivo de reducción de peso se muestra en las siguientes imágenes.

El último paso en la configuración del estudio consiste en agregar los controles de fabricación. Este paso es opcional y no es necesario para que el estudio se pueda ejecutar, pero le permite tener control sobre la forma resultante y tener en cuenta los métodos de fabricación posteriores. Los controles de fabricación son regiones protegidas, de modo que podrá excluir áreas del modelo del proceso de topología y del control de espesor, y establecer el grosor mínimo de los componentes además de la simetría del modelo y la definición de la dirección de desmoldeo, que es una restricción de fundición.

SOLIDWORKS Simulation incluye un Administrador de casos de carga, que es ideal para esta simulación debido a que puede determinar el componente de masa mínima que cumple con todas las cargas durante el funcionamiento de la bisagra.

Una vez tenga sus resultados de topología, ¿qué hará con ellos? Para aquellos que tienen acceso a una impresora 3D, el resultado de un estudio de topología se puede exportar como malla suavizada. Esta malla se puede enviar directamente a una impresora 3D para fines de fabricación, pero es necesario hacer más validaciones de su componente en función de los materiales de la impresora.

Pero eso no quiere decir que el estudio de topología no se pueda usar en procesos de fabricación tradicionales. Los resultados derivados de un estudio de topología pueden superponerse a la geometría original y utilizarse como guía para crear recortes y cavidades para las soluciones de CAM tradicionales.

La topología, la impresión 3D y otras soluciones emergentes están cambiando nuestras expectativas sobre el diseño de productos. Con el lanzamiento de SOLIDWORKS 2018 nuestros clientes podrán aprovechar las ventajas de estas nuevas tecnologías y procesos de fabricación para lanzar productos innovadores al mercado. El uso de estudio de topología en conjunto con la fabricación aditiva permite a las empresas rediseñar una pieza existente para reducir el peso y mejorar el rendimiento (mejor relación resistencia-peso) de las piezas, así como reducir el número de piezas combinando muchos elementos conectados a una sola pieza.
Vea el vídeo de introducción a la optimización de la topología y, a continuación, visite el sitio web del lanzamiento de SOLIDWORKS 2018 para obtener más información.