Evaluación automática de alternativas de producto en Inventor

Por: Julián Chica Gómez

¿Sabías acaso que en Autodesk Inventor Professional se puede utilizar su módulo de análisis por elementos finitos para rápidamente crear un escenario con n variaciones del producto con el fin de optimizarlo.  Para hacerme entender más fácilmente lo haré con un ejemplo.

Se plantea el diseño de un soporte para repisas.  Este debe soportar hasta 90 kg por unidad. En una repisa se usan mínimo dos de estos componentes.   Para esta simulación usaremos una configuración con tres soportes.  El soporte central es el que soporta la mayor carga ya que comparte área de soporte con los soportes de cada extremo.  En la imagen a continuación se muestra el soporte a evaluar.

La repisa debe soportar hasta 200 kg.  Si cada soporte resiste hasta 90 kg se da por hecho que la repisa soportará de entrada hasta 270 kg.  El problema radica en que la carga no siempre está distribuida homogéneamente a lo largo de la repisa y por eso se deben plantear escenarios extremos para garantizar que en todo momento se pueda garantizar que la repisa soporte el peso prometido en sus especificaciones.

Teniendo en cuenta este escenario se toma la decisión de usar el soporte mencionado.  Todo artefacto (máquina, mecanismo, electrodoméstico, mueble, auto) que se comercializa hoy en día es fabricado con algo llamado factor de seguridad.  El factor de seguridad está dado por la cantidad de veces que el artefacto es capaz de soportar el esfuerzo máximo que el material resiste con la geometría planteada.  Esto quiere decir que la resistencia depende de una combinación entre el diseño de la estructura o forma y como esta aprovecha las bondades del material.

En la anterior imagen tenemos la conversión de 90 kgf a 882 N que es la fuerza que nuestra repisa debe soportar para cumplir con nuestras especificaciones de diseño.  Este esfuerzo más las condiciones de frontera de restricción del movimiento crearán nuestro ambiente de simulación para el soporte.

En Autodesk Inventor se ingresa al módulo de Stress Analysis

A continuación se crea una nueva simulación.

El tipo de análisis seleccionado es el análisis paramétrico

Luego se definen las condiciones de frontera.  En cuanto a las restricciones se fijan todos los agujeros cilíndricos donde van los tornillos que fijan el soporte a la pared.  La carga la ubico perpendicular a toda el área superior del soporte con un valor de 883 N.

Se selecciona el material adecuado

El estudio Paramétrico

En un estudio paramétrico se definen los parámetros que se quieren poner a variar para obtener combinaciones que resultan en una cantidad de alternativas de producto.

Estos parámetros se seleccionan en las opciones de botón de derecho del mouse sobre la parte en árbol de operaciones como se muestra en la figura a continuación

Luego en el menú de parámetros que aparece, para nuestro ejemplo escogimos los parámetros ESPESOR e INCLUIR_REFUERZO como se muestra en la imagen a continuación.

Luego de escoger este par de parámetros se procede con la asignación de unos valores a los parámetros escogidos.  En la tabla paramétrica es donde se ejecuta esta tarea como se ve en la imagen a continuación: en 1 se activa la tabla paramétrica y en 2 se harán los cambios de parámetros fijos por parámetros variables.

A este par de parámetros les asigné los siguientes valores en la casilla 2 de la imagen anterior:

• ESPESOR:                           1,2,3,4 mm
• INCLUIR_REFUERZO:     0,1 – suppress – unsuppress

Después de ingresar los valores, en cualquier parte de la ventana se debe hacer un clic derecho del mouse en cualquier celda de la parte inferior de la tabla paramétrica para generar todas las configuraciones posibles de producto.  La ventana se muestra en la imagen a continuación.

Después de esto Inventor genera todas las configuraciones posibles del prototipo digital.  En este caso el número de configuraciones es equivalente a 2×4 = 8.  Una vez se tienen todas las configuraciones ya podemos proceder a averiguar el dato que queramos jugando con esas 8 posibilidades de producto.

Posterior a generar todas las configuraciones posibles, se procede a escoger que tipo de optimización se quiere realizar, se escoge la variable que se quiere optimizar dando clic con el botón derecho en la zona de Design Constraints como se muestra en la siguiente figura.

Para este ejemplo escogí  las siguientes variables: Von Mises y Masa.  Luego establecí un límite de MPa dentro del cual los valores máximos sean admitidos como aceptables para el Von Mises.  Ahora para este ejemplo escogí 2 como el FACTOR DE SEGURIDAD esperado y en la Masa escogí MINIMIZAR, o sea que encontraré la mínima masa del objeto para que cumpla con un FACTOR DE SEGURIDAD de 2.  La respuesta entonces es que el soporte con espesor de 3 mm y con refuerzo cumple con las especificaciones que estoy requiriendo con una masa resultante de 0,540 kg aproximadamente.  El análisis se puede ver en la siguiente figura.

Hagan sus ensayos y busquen más variaciones,  espero les haya gustado el artículo.  Nos vemos en una próxima entrega.