Simulación por elementos finitos en la zona de Rubí

Una empresa fabricante de maquinaria agrícola se enfrentaba al desafío de optimizar el diseño de un soporte de motor. El objetivo era lograr una reducción de peso de al menos el 15% del total, mientras se mantenía un factor de seguridad estructural superior a 1.5.

Se partió de un modelo CAD existente del soporte, el cual fue sometido a un riguroso análisis por elementos finitos. Se aplicaron cargas que representaban fielmente el peso del motor, las vibraciones inherentes a su operación y las condiciones de apoyo rígido en los puntos de anclaje. El material de la pieza era un acero de uso estructural.

El análisis incluyó un mallado extremadamente fino en las áreas donde se preveía una alta concentración de esfuerzos, además de simulaciones estáticas y no lineales. Posteriormente, se implementó una optimización topológica, una técnica que permitió identificar y eliminar material sobrante sin comprometer la integridad estructural.

Como resultado de este proceso, se consiguió una impresionante reducción de peso del 18.7%, con un factor de seguridad mínimo de 1.65 en las zonas más críticas. Adicionalmente, la frecuencia natural del conjunto experimentó un aumento del 9%, lo que se tradujo en una mejora significativa de su desempeño frente a las vibraciones.

Para validar estos hallazgos, se fabricó un prototipo físico que fue sometido a pruebas experimentales, arrojando resultados altamente consistentes con la simulación, con un margen de error inferior al 5%.

Una empresa especializada en componentes de ciclismo de alto rendimiento buscaba perfeccionar un freno de disco para bicicletas de montaña. La meta era aligerar su peso sin sacrificar ni la rigidez, ni la capacidad de disipación térmica, ni la seguridad en condiciones de uso extremas, como descensos prolongados o frenadas repetitivas en terrenos técnicos.

Se desarrolló un modelo 3D detallado del disco de freno y se procedió a una simulación por elementos finitos. El modelo incorporó cargas térmicas transitorias generadas por la fricción entre las pastillas y el disco, combinadas con los esfuerzos mecánicos derivados de la rotación y el frenado.

El análisis desveló zonas con un exceso de material que no contribuían de forma significativa a la resistencia estructural ni a la evacuación del calor. Basándose en estos hallazgos, se aplicó una optimización topológica que permitió rediseñar estratégicamente los cortes y las ventanas del disco, mejorando además de forma notable el flujo de aire y la ventilación.

El nuevo diseño consiguió una reducción de peso del 13.5%, logrando mantener una distribución térmica uniforme y controlando las tensiones máximas por debajo del límite elástico del material.