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171 students
Elemento Finito con FreeCAD
Analisis mecánico con elemento finito usando FEM de FreeCAD
Created byDaniel Cahue Díaz
Last updated 1/2024
Spanish
What you'll learn
- Aprender a realizar análisis de elemento finito en el entorno de FreeCAD.
- Analizar diversos fenómenos físicos propios de la mecánica como; esfuerzos, deformaciones, pandeo, transferencia de calor, dinámica de fluidos.
- Elaborar postprocesamiento de resultados de manera profesional.
- Validación de resultados teóricos con resultados obtenidos en FreeCAD.
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Course content
18 sections • 18 lectures • 6h 45m total length
- Introducción FreeCAD y simulación en 3D34:38
Introducción:
La simulación de elementos finitos (FEA) es una técnica fundamental en el análisis de estructuras y componentes mecánicos, y FreeCAD ofrece un entorno versátil para su desarrollo y uso. En la presente sesión se hace un análisis de esfuerzos y deformaciones a un elemento preestablecido. A continuación, se detallan aspectos relevantes sobre el desarrollo y uso de la simulación de elementos finitos en FreeCAD:
Preprocesamiento:
Geometría: Se muestra una geometría prestablecida que cuenta con un concentrador de esfuerzos en el centro, ésto con la finalidad de mostrar su efecto.
Mallado: Se desarrolla una malla con el mallador de código abierto Gmesh. Se usa los parámetros por defecto y se genera una malla triangular con tetraedros.
Solución:
Análisis y resolución: El solucionador utilizado es Calculix con los parámetros preestablecidos por el programa.
Postprocesamiento:
Postprocesamiento: Se obtienen los perfiles de esfuerzos de Von – Mises, los desplazamiento en el elemento y además se obtienen los esfuerzos principales. Además, se obtiene una gráfica del comportamiento de esfuerzo en función de la posición.
En resumen, a través de la simulación se tiene el primer acercamiento con el paquete informático FreeCAD en el análisis de esfuerzos y deformaciones. Se usaron algunas herramientas de postprocesamiento como la obtención de perfiles de esfuerzo, deformaciones, esfuerzos principales entre otras. También se usó la herramienta graficadora para obtener la distribución de esfuerzos.
- Simulación con elementos en 1D25:07
Objetivo de aprendizaje
Al finalizar la sesión, los participantes serán capaces de comprender y aplicar los conceptos fundamentales de análisis de esfuerzos y deformaciones en una dimensión, así como realizar cálculos y evaluaciones básicas de sistemas unidimensionales sometidos a cargas.
Contenido:
Introducción al análisis de esfuerzos y deformaciones en una dimensión.
Concepto de esfuerzo y deformación unidimensional.
Relación entre esfuerzo, deformación y ley de Hooke.
Cálculo de esfuerzos y deformaciones en barras sometidas a tracción, compresión y flexión.
Diagramas esfuerzo-deformación.
Aplicaciones prácticas del análisis de esfuerzos y deformaciones en una dimensión.
Actividades:
Presentación teórica de los conceptos fundamentales de esfuerzos y deformaciones en una dimensión, incluyendo ejemplos ilustrativos.
Resolución de problemas prácticos para calcular esfuerzos y deformaciones en barras sometidas a diferentes tipos de cargas.
Interpretación y elaboración de diagramas esfuerzo-deformación para diferentes materiales y condiciones de carga.
Discusión de casos de aplicación del análisis de esfuerzos y deformaciones en situaciones reales.
Resultados Esperados:
Al finalizar la sesión, se espera que los participantes sean capaces de aplicar los conocimientos adquiridos para realizar cálculos básicos de esfuerzos y deformaciones en sistemas unidimensionales, así como comprender la relación entre esfuerzo, deformación y el comportamiento mecánico de materiales bajo diferentes condiciones de carga.
Introducción
El análisis de esfuerzos y deformaciones en una dimensión es un elemento fundamental en la comprensión del comportamiento mecánico de materiales y estructuras sometidos a cargas. En esta sesión, exploraremos los conceptos básicos de esfuerzos y deformaciones unidimensionales, así como su aplicación en el cálculo y evaluación de sistemas simples bajo diferentes condiciones de carga.
El estudio de esfuerzos y deformaciones en una dimensión nos permite comprender cómo los materiales responden a la aplicación de fuerzas y momentos, así como su capacidad para resistir dichas cargas. A través de la relación entre esfuerzo y deformación, y la aplicación de la ley de Hooke, podemos analizar el comportamiento elástico de materiales y predecir su respuesta ante diferentes tipos de carga.
Durante esta sesión, exploraremos casos prácticos que nos permitirán calcular esfuerzos y deformaciones en barras sometidas a tracción, compresión y flexión, así como interpretar y elaborar diagramas esfuerzo-deformación para diferentes materiales. Además, discutiremos aplicaciones prácticas del análisis de esfuerzos y deformaciones en una dimensión, destacando su importancia en el diseño y la ingeniería.
Al finalizar esta sesión, los participantes habrán adquirido los conocimientos necesarios para comprender y aplicar los conceptos fundamentales del análisis de esfuerzos y deformaciones en una dimensión, sentando las bases para futuros estudios en el campo del análisis estructural y mecánico.
- Simulación con elementos en 2D22:12
Introducción
La simulación de esfuerzos y deformaciones en modelos 2D es una herramienta poderosa y versátil que desempeña un papel fundamental en la ingeniería y el diseño de estructuras. Al permitir la predicción y evaluación de comportamientos mecánicos en sistemas bidimensionales, esta técnica ofrece una serie de ventajas significativas. Entre ellas se incluyen la capacidad de optimizar diseños, predecir el rendimiento estructural, identificar áreas críticas de concentración de esfuerzos, y evaluar la resistencia y estabilidad de componentes y estructuras.
Las aplicaciones de la simulación de esfuerzos y deformaciones en 2D abarcan una amplia gama de campos, desde la ingeniería civil y la arquitectura hasta la industria aeroespacial y la fabricación de maquinaria. Esta herramienta se utiliza para analizar y mejorar la resistencia de puentes, edificios, componentes mecánicos, y otros sistemas estructurales, lo que contribuye a la seguridad, durabilidad y eficiencia de las estructuras en el mundo real.
En esta unidad de aprendizaje, exploraremos en detalle las ventajas y aplicaciones de la simulación de esfuerzos y deformaciones en 2D, así como los conceptos fundamentales necesarios para comprender y aplicar esta técnica en proyectos de ingeniería práctica.
Objetivo de aprendizaje
El objetivo principal de este curso es capacitar a los participantes en el uso efectivo de FreeCAD FEM para la simulación de elementos planos 2D. Al final del curso, los participantes deberían ser capaces de modelar y analizar estructuras simples utilizando este software, comprender los principios fundamentales de la simulación por elementos finitos y aplicar estos conocimientos en proyectos de ingeniería práctica.
Contenido
Fundamentos de la simulación por elementos finitos
Introducción a FreeCAD FEM
Modelado de elementos planos 2D
Definición de condiciones de contorno y cargas
Análisis y visualización de resultados
Desarrollo
Durante el desarrollo del curso, se abordarán los conceptos teóricos y prácticos necesarios para comprender y utilizar FreeCAD FEM en la simulación con elementos planos 2D. Se realizarán ejemplos prácticos y se proporcionará orientación paso a paso sobre la creación y análisis de modelos.
Actividades
Lecturas y materiales de estudio
Ejercicios prácticos con FreeCAD FEM
Discusiones en grupo
Evaluaciones y exámenes
Resultados esperados
Al finalizar el curso, se espera que los participantes sean capaces de aplicar los conocimientos adquiridos para modelar y simular estructuras simples en 2D utilizando FreeCAD FEM. Se espera que puedan interpretar y analizar los resultados de la simulación para tomar decisiones informadas en proyectos de ingeniería.
- Simulación con elementos en 3D23:22
Introducción
En esta sesión, exploraremos la fascinante disciplina de la simulación de elementos finitos en 3D utilizando FreeCAD FEM. Este enfoque innovador nos permitirá comprender cómo los materiales y estructuras responden a las cargas y fuerzas aplicadas, brindándonos una visión profunda de los esfuerzos y deformaciones que experimentan.
Objetivo de aprendizaje
El objetivo de esta sesión es dominar la simulación de elementos en 3D de esfuerzos y deformaciones utilizando FreeCAD FEM. Aprenderemos a modelar y analizar estructuras complejas, comprender la distribución de esfuerzos y deformaciones, y aplicar cargas y materiales realistas para obtener resultados precisos.
Contenido
Introducción a la simulación de elementos finitos en 3D
Modelado y preparación de geometría en FreeCAD FEM
Definición de materiales y propiedades
Aplicación de cargas y restricciones
Análisis de resultados y visualización de esfuerzos y deformaciones
Actividades
Durante la sesión, participaremos en demostraciones prácticas, ejercicios interactivos y discusiones guiadas. Utilizaremos casos de estudio reales para aplicar los conceptos aprendidos y desarrollar habilidades prácticas en simulación de elementos en 3D.
Resultados esperados
Al finalizar la sesión, los participantes habrán adquirido las habilidades necesarias para realizar simulaciones precisas de esfuerzos y deformaciones en 3D con FreeCAD FEM. Podrán modelar estructuras complejas, interpretar resultados de análisis, y aplicar sus conocimientos en proyectos de ingeniería reales.
- Tipos de mallas en 2D25:26
Introducción
En esta sesión, exploraremos la importancia de comprender y seleccionar los tipos adecuados de elementos de malla en 2D para la simulación de estructuras y fenómenos físicos. La elección correcta de los elementos de malla es fundamental para obtener resultados precisos y confiables en simulaciones de ingeniería.
Objetivo de aprendizaje
El objetivo de esta sesión es dominar la selección y aplicación de tipos de elementos de malla en 2D para la simulación de estructuras y fenómenos físicos. Aprenderemos a identificar las características y ventajas de diferentes tipos de elementos, así como a aplicarlos de manera efectiva en simulaciones prácticas.
Contenido
Importancia de los tipos de elementos de malla en 2D
Elementos finitos triangulares y cuadriláteros
Propiedades y características de diferentes tipos de elementos
Consideraciones para la selección de elementos de malla
Aplicaciones prácticas y casos de estudio
Actividades
Durante la sesión, participaremos en ejercicios interactivos, análisis comparativos y discusiones detalladas sobre la selección y aplicación de tipos de elementos de malla en 2D. Utilizaremos ejemplos prácticos para comprender las implicaciones prácticas de nuestras decisiones.
Resultados esperados
Al finalizar la sesión, los participantes habrán adquirido las habilidades necesarias para seleccionar y aplicar tipos de elementos de malla en 2D de manera efectiva en simulaciones de ingeniería. Podrán identificar los tipos apropiados de elementos para diferentes escenarios y optimizar la precisión y eficiencia de sus simulaciones.
- Condición de frontera de desplazamiento29:46
Introducción
En esta sesión, exploraremos el concepto crítico de las condiciones de frontera de desplazamiento en simulaciones de ingeniería. Comprender y aplicar las condiciones de frontera de desplazamiento es fundamental para modelar con precisión el comportamiento de estructuras y sistemas bajo diversas cargas y restricciones.
Objetivo de aprendizaje
El objetivo de esta sesión es dominar la selección y aplicación de las condiciones de frontera de desplazamiento en simulaciones de ingeniería. Abordaremos temas como los conceptos esenciales de las condiciones de frontera de desplazamiento, tipos de condiciones de frontera de desplazamiento, consideraciones prácticas para su aplicación y aplicaciones del mundo real.
Contenido
Conceptos esenciales de las condiciones de frontera de desplazamiento
Tipos de condiciones de frontera de desplazamiento
Consideraciones prácticas para la aplicación de condiciones de frontera de desplazamiento
Aplicaciones del mundo real
Actividades
Durante la sesión, participaremos en ejercicios interactivos, estudios de caso detallados y discusiones profundas para comprender el impacto de las condiciones de frontera de desplazamiento en simulaciones de ingeniería. Utilizaremos ejemplos prácticos para ilustrar la importancia y la aplicación efectiva de estas condiciones.
Resultados esperados
Al finalizar la sesión, los participantes habrán adquirido las habilidades necesarias para seleccionar y aplicar las condiciones de frontera de desplazamiento de manera efectiva en simulaciones de ingeniería. Podrán modelar con precisión el comportamiento de estructuras y sistemas bajo diversas cargas y restricciones, lo que les permitirá tomar decisiones informadas en proyectos reales.
- Simulación con elementos sometidos a presión12:05
Introducción
En esta sesión, exploraremos el fascinante tema de los elementos sometidos a presión en simulaciones de ingeniería. Comprender el comportamiento de los elementos bajo presión es crucial para modelar con precisión el flujo de fluidos, la integridad estructural y los efectos térmicos.
Objetivo de aprendizaje
El objetivo de esta sesión es dominar el análisis y la aplicación de elementos sometidos a presión en simulaciones de ingeniería. Abordaremos temas como los efectos de la presión en diferentes tipos de elementos, consideraciones para modelar aplicaciones prácticas de elementos cargados con presión y estudios de casos del mundo real.
Contenido
Efectos de la presión en diferentes tipos de elementos
Consideraciones para modelar el flujo de fluidos y la transferencia de calor
Aplicaciones prácticas de elementos sometidos a presión
Estudios de casos del mundo real
Actividades
Durante la sesión, participaremos en ejercicios interactivos, discusiones detalladas y demostraciones prácticas para comprender a fondo el comportamiento de los elementos sometidos a presión. Utilizaremos ejemplos prácticos para ilustrar la importancia y la aplicación efectiva de estos conceptos en simulaciones de ingeniería.
Resultados esperados
Al finalizar la sesión, los participantes habrán adquirido las habilidades necesarias para analizar y modelar con eficacia el comportamiento de elementos sometidos a presión en simulaciones de ingeniería. Podrán aplicar sus conocimientos para modelar con precisión la integridad estructural en proyectos reales.
- Simulación con elementos con efecto de las fuerzas de gravedad12:59
Introducción
En esta sesión, exploraremos el crucial concepto de la condición de frontera de gravedad (self weight) en simulaciones de ingeniería. Comprender y aplicar la condición de frontera de gravedad es esencial para modelar con precisión la influencia del peso propio en estructuras y sistemas, especialmente en análisis estáticos y dinámicos.
Objetivo de aprendizaje
El objetivo de esta sesión es dominar la selección y aplicación de la condición de frontera de gravedad (self weight) en simulaciones de ingeniería. Abordaremos temas como los efectos del peso propio en estructuras, la consideración del peso propio en diferentes escenarios de carga y restricción, aplicaciones prácticas y casos de estudio del mundo real.
Contenido
Efectos del peso propio en estructuras y sistemas
Consideraciones para la aplicación de la condición de frontera de gravedad (self weight)
Aplicaciones prácticas y casos de estudio
Actividades
Durante la sesión, participaremos en ejercicios interactivos, discusiones detalladas y demostraciones prácticas para comprender a fondo el impacto de la condición de frontera de gravedad en simulaciones de ingeniería. Utilizaremos ejemplos prácticos para ilustrar la importancia y la aplicación efectiva de esta condición.
Resultados esperados
Al finalizar la sesión, los participantes habrán adquirido las habilidades necesarias para analizar y modelar con eficacia el comportamiento de estructuras y sistemas bajo la influencia del peso propio en simulaciones de ingeniería. Podrán aplicar sus conocimientos para modelar con precisión el comportamiento estático y dinámico en proyectos reales.
- Aplicaciones de torque en FreeCAD FEM28:25
Introducción
En esta sesión, exploraremos el importante concepto de las condiciones de frontera con torque en simulaciones de ingeniería. Comprender y aplicar las condiciones de frontera con torque es fundamental para modelar con precisión el comportamiento de sistemas y estructuras sometidos a cargas rotacionales.
Objetivo de aprendizaje
El objetivo de esta sesión es dominar la selección y aplicación de las condiciones de frontera con torque en simulaciones de ingeniería. Abordaremos temas como la influencia del torque en diferentes tipos de estructuras, consideraciones para la aplicación de condiciones de frontera con torque, aplicaciones prácticas y casos de estudio del mundo real.
Contenido
Influencia del torque en diferentes tipos de estructuras
Consideraciones para la aplicación de condiciones de frontera con torque
Aplicaciones prácticas y casos de estudio
Actividades
Durante la sesión, participaremos en ejercicios interactivos, discusiones detalladas y demostraciones prácticas para comprender a fondo el impacto de las condiciones de frontera con torque en simulaciones de ingeniería. Utilizaremos ejemplos prácticos para ilustrar la importancia y la aplicación efectiva de estas condiciones.
Resultados esperados
Al finalizar la sesión, los participantes habrán adquirido las habilidades necesarias para analizar y modelar con eficacia el comportamiento de sistemas y estructuras sometidos a cargas rotacionales en simulaciones de ingeniería. Podrán aplicar sus conocimientos para modelar con precisión el comportamiento bajo torque en proyectos reales.
- Propiedades físicas en FreeCAD40:22
Introducción
La obtención de propiedades físicas de una pieza es un proceso crucial en la ingeniería y el diseño de productos. Este proceso implica la medición y caracterización de las propiedades materiales, geométricas y mecánicas de una pieza, lo que es fundamental para comprender su comportamiento bajo cargas y condiciones de servicio. La obtención precisa de estas propiedades es esencial para garantizar la integridad estructural, el rendimiento y la durabilidad de los componentes en aplicaciones industriales y de ingeniería.
Objetivo de aprendizaje
El objetivo de esta unidad es capacitar a los participantes en la obtención precisa y confiable de propiedades físicas de las piezas, incluyendo propiedades materiales, dimensionales y mecánicas. Al finalizar la unidad, los participantes deberían ser capaces de realizar pruebas, mediciones y análisis para determinar las propiedades físicas de una pieza, así como interpretar y utilizar esta información en el diseño y análisis de componentes.
Contenido
Propiedades materiales: introducción a los materiales y pruebas de tracción, compresión, dureza, y resistencia.
Propiedades dimensionales: mediciones geométricas y tolerancias.
Análisis de datos y presentación de resultados.
Actividades
Pruebas experimentales para la obtención de propiedades materiales.
Mediciones dimensionales y análisis geométrico.
Resultados esperados
Al finalizar la unidad, se espera que los participantes sean capaces de realizar pruebas, mediciones y análisis para obtener propiedades físicas precisas y confiables de una pieza, así como interpretar y utilizar esta información en el diseño y análisis de componentes.
Requirements
- Es deseable que el sustentante tenga conocimientos básicos de estática, mecánica de materiales y termodinámica
- Tener FreeCAD instalado
Description
En este curso, te sumergirás en el fascinante campo del análisis estructural utilizando el software libre FreeCAD. Aprenderás a aplicar los principios del método de Elemento Finito para resolver problemas de ingeniería y diseño de manera eficiente y precisa.
Durante el curso, te guiaré paso a paso a través de los conceptos fundamentales del Elemento Finito, desde la creación de geometrías y mallas hasta la aplicación de condiciones de contorno y la interpretación de los resultados obtenidos. Además, te enseñaré cómo utilizar las herramientas poderosas de FreeCAD para realizar simulaciones y análisis estructurales detallados.
Lo mejor de todo es que FreeCAD es un software libre, lo que significa que tendrás acceso completo a todas sus funcionalidades sin restricciones. Esto te permitirá explorar y experimentar con tus propios proyectos, adquiriendo habilidades prácticas y conocimientos sólidos en el proceso.
No importa si eres un estudiante de ingeniería, un profesional en busca de mejorar tus habilidades o simplemente alguien apasionado por el análisis estructural, este curso te brindará las herramientas necesarias para llevar tus capacidades al siguiente nivel.
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Who this course is for:
- A estudiantes de nivel superior o profesionistas que requieran habilidades de análisis y simulación de fenómenos físicos a través del método de elemento finito.