Una forma mejor de diseñar estructuras de alto rendimiento

El incremento del coste de las materias primas ha dado un vuelco sin precedentes al diseño estructural de todo tipo de piezas. Ayer vimos que el gigante del plástico Dow no había más remedio que aplicar una subida a sus productos desconocida en sus 111 años de historia, y esto lo están haciendo todos los fabricantes. Pero en un periodo de frenazo económico intenso, los compradores se retraerán de hacerlo ante subidas de precios. Es por ello un gran momento para conseguir ventajas competitivas en la fabricación de nuestros productos mediante una revisión exhaustiva de lo que fabricamos, y sobre todo de las fórmulas para mejorar los diseños.

En este artículo nos centramos en cómo mejorar estructuras huecas cilíndricas y cónicas equilibrando peso y resistencia. Ese es el objetivo de cualquiera que diseñe este tipo de estructuras, junto con otros conceptos como la fabricación efectiva en costes.

Actualmente el software de diseño de estructuras huecas pueden encontrar el mejor equilibrio entre peso y resistencia, y asistir a cualquier ingeniero en la tarea del diseño. El software que se utiliza en estructuras complejas se denomina FEA y CAD, estando disponibles varios paquetes comerciales que pueden utilizarse para una amplia variedad de estructuras de ingeniería, y se aplican en actividades especializadas como el diseño de productos aeroespaciales. Pero estos métodos no todos trabajan igual de bien cuando tratamos de utilizarlos en el diseño de estructuras especiales a las que vamos a requerir un alto rendimiento. Hablamos de situaciones en las que queremos llevar la productividad a su máximo lugar, y en piezas como los recipientes de vacío sometidos a cargas o el caso de estructuras de paredes finas.

Un programa particularmente interesante en estos casos es Shell Structures Tools (SST), desarrollado y dirigido para requerimientos de alta resistencia y pesos ligeros. El software unifica diseño, fabricación y análisis, basándose en los métodos FEA clásicos. Las estructuras Shell diseñadas por el software pueden ser isogrid, wraffle, monocoque, sándwich, honeycomb o anillo. El software utiliza métodos de elementos finitos para optimizar la estructura, basando la optimización en 11 características comunes en este tipo de estructuras.

Con este software se obtienen varios resultados útiles. Por ejemplo, evaluar y calcular el modelo CAD. Es posible también medir la resistencia a ciclos de alta fatiga y la forma en que se comportará la estructura ante vibraciones de alta frecuencia durante el uso previsto. Gráficamente puede estudiarse la forma en que se propagarán las grietas en una estructura particular. El programa también dispone de un indicador de costes de fabricación que nos ayudará a seleccionar los diseños más competitivos y que serán más fáciles de producir. También se incluye geometría detallada, rigidez, propiedades de los materiales, etc.

Bibliografía: A better way to design high-performance structures. Machine design june 2008