Para comenzar con el curso, este primer tema presenta el Método de Elementos Finitos como herramienta de análisis mecánico, comparándolo con otros métodos, describiendo su base intuitiva y las partes de un programa de Elementos Finitos. El objetivo de este tema introductorio es presentar las características principales del Método, para que el alumnado pueda contextualizarlo y pueda ver no solo sus potencialidades sino también sus limitaciones.
En este tema se detallan los fundamentos matemáticos del Método, como las funciones de interpolación y las coordenadas naturales. Si bien este curso tiene un enfoque claramente práctico, es necesario que el alumnado conozca las bases matemáticas fundamentales del Método para su correcta utilización como herramienta de análisis y diseño mecánico.
Aquí se explica la obtención de la matriz de rigidez de un elemento finito partiendo de conceptos de Elasticidad y Resistencia de Materiales, para describir después el cálculo de la matriz de rigidez del modelo completo. En el análisis estático, la relación entre fuerzas y desplazamientos de un sistema estructural viene definida por la rigidez del mismo, por lo tanto se debe entender qué es la rigidez y cómo la estima y aplica el Método.
Este tema está dedicado al análisis bidimensional de tensión plana, deformación plana o axisimetría, enumerando las condiciones para cada uno de ellos y explicando las particularidades de cada tipo de elemento finito. Los análisis bidimensionales proporcionan resultados precisos con un coste de análisis mucho menor que los tridimensionales, y por ello su utilización supone una buena práctica a la hora de abordar el análisis por elementos finitos.
Este tema trata los análisis tridimensionales y sus principales características, para aquellos casos en los que no sea posible hacer un análisis bidimensional. Además, se presentará un tipo de elemento particularmente útil, el elemento cáscara aplicable a geometrías de poco espesor.
Este tema introduce el análisis estático no lineal para sistemas en los que la rigidez varía con la carga, describiendo las causas más habituales de no linealidad, y discutiendo sobre la necesidad, ventajas y desventajas de un análisis no lineal frente a uno lineal. El usuario del Método se enfrentará habitualmente a problemas no lineales, y en este sentido deberá tener claros los conceptos descritos en este tema para poder plantear el análisis de la manera más eficiente posible.
Aquí se describe la base teórica del análisis modal y su utilidad en el diseño de sistemas estructurales bajo cargas variables. Aunque este curso se centre principalmente en el análisis estático, también se dedica un tema al análisis modal, no solo como introducción al análisis dinámico (que queda fuera del alcance de este tema) sino porque este tipo de análisis es de gran utilidad por sí mismo en el diseño de componentes mecánicos a la hora de valorar el efecto que tienen sobre ellos las fuerzas variables en el tiempo.
Para finalizar, se introduce el cálculo de fatiga mediante el módulo básico de fatiga de Ansys. Pese a tratarse de un módulo muy básico, este tema pretende ilustrar cómo se lleva a cabo un análisis a fatiga apoyándose en el Método de Elementos Finitos.
