Este documento presenta SolidWorks Simulation, una herramienta de análisis de elementos finitos integrada en SolidWorks. Explica los diferentes tipos de análisis que permite realizar, como análisis estáticos, de frecuencia, térmicos y de optimización. También describe conceptos clave como el método de elementos finitos, tipos de elementos, tensiones y cómo configurar las simulaciones. El objetivo es mostrar las capacidades de SolidWorks Simulation para validar diseños mediante simulaciones antes de fabricar prototipos físicos.

1. SolidWorks Simulation
Presentador : Jovanny Duque CSWP
https://www.youtube.com/watch?v=2j3yatrLBAY&list=UUQfwtqescX240t0mFek-I9w&index=16
https://www.youtube.com/watch?v=CaWhT3XaVEw&list=UUQfwtqescX240t0mFek-I9w&index=15
https://www.youtube.com/watch?v=D82lYxHS_Y0&list=UUQfwtqescX240t0mFek-I9w &index=14
https://www.youtube.com/watch?v=1JyfQwxwt48&list=UUQfwtqescX240t0mFek-I9w &index=3
https://www.youtube.com/watch?v=QEf15YBta_4&list=UUQfwtqescX240t0mFek-I9w &index=8
https://www.youtube.com/watch?v=0Ka1qT_QLDc&list=UUQfwtqescX240t0mFek-I9w&index=7
https://www.youtube.com/watch?v=TwRW4TLXpJs&list=UUQfwtqescX240t0mFek-I9w &index=4
VIDEO DE APOYO : SOLIDWORKS SIMULATION
Usa SolidWorks como una herramienta CAE con el entorno SIMULATION para realizar Análisis estáticos,
térmicos, de vigas y muchos más.
https://youtube.com/playlist?list=PLHTERkK4EZJo5Q4afMJPrZa1OUFPr9JJQ

2. ¿Qué es SolidWorks Simulation?
 SolidWorks Simulation es un complement de análisis
de diseño totalmente integrado en SolidWorks.
 Permite hacer pruebas simuladas del prototipo en su entorno
operativo. Puede ayudar a responder a preguntas como:
¿Cómo calculo la resistencia de los materiales en mi maquinaria,
estructura o mecanismo?
¿Cuál es el factor de seguridad de mi diseño?
¿Cómo minimizo la cantidad de pruebas o prototipos?
¿Cuál es la causa más probable de falla?
¿Cuál es la zona más peligrosa de mi diseño?
¿Cuánto tiempo van a durar las piezas en mi equipo o maquinaria?
¿Cómo combino todos los factores y variables para diseñar de la
manera más eficiente posible?
¿Qué tan cómo de seguro, eficaz y económico es su diseño?
SolidWorks Simulation sirve para estudiantes, diseñadores, analistas,
ingenieros y otros profesionales para producir diseños seguros,
eficaces y económicos.

3. Ciclo de diseño típico
 Use SolidWorks para
crear el modelo.
 Fabrique un prototipo.
 Pruebe el prototipo bajo distintas condiciones de carga.
 En función de los resultados, modifique el modelo en SolidWorks, cree
un nuevo prototipo y pruébelo otra vez hasta que quede satisfecho.
SolidWorks
Prototipo
Virtual
Prueba
¿Satisfecho?
Producción en masa
No
Sí

4. Beneficios del análisis
 Los ciclos de diseño son costosos y
necesitan mucho tiempo.
 El análisis reduce el número de ciclos de
diseño.
 Reduce el coste al probar el modelo con
el equipo informático en vez de costosas
pruebas en el campo.
 Reduce el tiempo de puesta en el
mercado.
 Ayuda a optimizar los diseños al
simular rápidamente muchas variables y
escenarios antes de tomar una decisión
final.

5. El método de elementos finitos
 Las soluciones analíticas sólo están disponibles
para problemas simples. Hacen muchas
suposiciones y no resuelven la mayoría de
problemas prácticos.
 SolidWorks Simulation usa el método de
elementos finitos (FEM) , para resolver
problemas simples o complejos.
 FEA es adecuado para la implementación
informática. Está reconocido ampliamente
como el método de análisis preferido.
Otros Métodos usados en la INGENIERIA:• Método de la diferencia Finita.• Método de elemento
de Frontera.• Método de Volumen Finito (CFD – Computacional FluidSW Simulation validado por
NAFEMS - International Association Engineering Modelling
El FEA discretiza el modelo de pieza o conjunto completo, dividiendo el análisis en muchos
pequeños elementos

6. MODELO MATEMÁTICO

8. Metodología FEA

11. ELEMENTOS FINITOS
FEM considera un problema complejo como muchos problemas simples.
Subdivide el modelo en muchas piezas pequeñas de formas simples
denominadas elementos.
Modelo CAD
Modelo CAD (mallado) subdividido
en piezas pequeñas

12. TIPOS ELEMENTOS FINITOS
SOLIDOS
SHELL
VIGAS

13. TIPOS ELEMENTOS FINITOS
 Los elementos comparten puntos comunes denominados
nodos. El comportamiento de
estos elementos se conoce ampliamente en todos los
escenarios posibles de soporte y carga.
 El movimiento de cada nodo se describe completamente por las traslaciones en las direcciones X, Y y Z, que se
denominan grados de libertad (DOF). Cada nodo tiene 3 DOF.
ELEMENTOS TETRAÉDRICOS
SÓLIDOS DE PRIMER ORDEN
4 Nodos por element
3GDL por nodo
12 GDL por elemento
No se adapta a la curva

14. TIPOS ELEMENTOS FINITOS
 SolidWorks Simulation escribe las
ecuaciones que rigen el
comportamiento de cada
elemento teniendo en cuenta su
conectividad con otros
elementos.
 Estas ecuaciones relacionan las
propiedades, restricciones y
cargas del material desconocidas
(por ejemplo, desplazamientos
en el análisis de tensión) con las
conocidas.
 A continuación, el programa une
las ecuaciones
en un gran conjunto de
ecuaciones algebraicas
simultáneas, que pueden ser
cientos de miles o incluso
millones de ecuaciones.
 10 Nodos por elemento
 3 GDL por nodo.
 30 GDL por elemento
 Se adapta a la curva.

15. TIPOS ELEMENTOS FINITOS
 3 Nodos por elemento
 6 GDL por nodo T y R.
 18 GDL por elemento
 No se adapta a la curva.

16. TIPOS ELEMENTOS FINITOS
 6 Nodos por elemento
 6 GDL por nodo T y R.
 36 GDL por elemento
 Se adapta a la curva.
 Activada por defecto

17.  2 Nodos por elemento
 6 GDL por nodo T y R.
 12 GDL por elemento

18. Concepto principal de análisis de diseño
 En el análisis estático, el solucionador encuentra
los desplazamientos en las direcciones X, Y Z en cada nodo.
 Ahora que se conocen los desplazamientos en cada
nodo, el programa calcula las deformaciones en varias direcciones.
 La Deformación es el cambio en la longitud dividida por la longitud original.
 Por último, el programa usa expresiones matemáticas para
calcular las tensiones derivadas de las deformaciones.

19. ¿Qué es la tension /esfuerzo?
 Cuando una carga se aplica a un cuerpo, éste
intenta absorber el efecto generando fuerzas
internas que varían de un punto a otro.
 La intensidad de estas fuerzas se denomina
tensión. La tensión es la fuerza por unidad de
área.
 La tensión en un punto es la intensidad de la
fuerza sobre una pequeña área alrededor de dicho
punto.
F
A

P
P
lim F/A
A 
 La tensión es la cantidad de tensor descrita por la magnitud y la
dirección con respecto a un plano dado. La tensión se describe
completamente mediante seis componentes:
– SX: tensión normal en la dirección X
– SY: tensión normal en la dirección Y
– SZ: tensión normal en la dirección Z
– TXY: tensión de cortadura en la dirección Y
sobre el plano YZ
– TXZ: tensión de cortadura en la dirección Z
sobre el plano YZ
–TYZ: tensión de cortadura en la dirección Z
sobre el plano XZ
 La tensión positiva indica tensión y la tensión
negativa indica compresión.

20. Tensiones principales
 P1: tensión normal en la primera
dirección principal
(la mayor).
 P2: tensión normal en la segunda
dirección principal (intermedia).
 P3: tensión normal en la tercera
dirección principal
(la menor).
Las tensiones de cortadura desaparecen para algunas orientaciones.
Las tensiones normales en estas orientaciones se denominan
tensiones principales.
AUDIO P1P2P3

21. Tensión de Von Mises
 La tensión de von Mises es un número escalar
positivo que no tiene dirección. Describe el estado
de tensión en un número.
 Muchos materiales fallan cuando la tensión de Von
Mises supera un determinado nivel.
 Los esfuerzos en un punto están definidos por 6
cantidades, 3 esfuerzos normales y 3 esfuerzos
cortantes
 La tensión de Von Mises viene dada por:
VON
1
2
--
-
 
  SX SY
–
 2 SX SZ
–
 2 SY SZ
–
 2
+ +
  3 TXY2 TXZ2 TYZ2
+ +
 
+
 
 
 
1 2

 
=
 En términos de tensiones principales, la tensión de von Mises viene dada por:
VON
1
2
--
-
 
  P1 P2
–
 2
P1 P3
–
 2
P2 P3
–
 2
+ +
 
 
 
 1 2

 
=
Factor (Coeficiente) de Seguridad: Es el valor adimensional que muestra la
relación entre el Esfuerzo Real en las condiciones de trabajo y el límite de falla
seleccionado para establecer el estándar de diseño del componente evaluado.

22. CONFIGURACION INICIAL SOLIDWORKS SIMULATION
¿Como activar el complemento?
Abrir una pieza o entorno de pieza.

23. INTERFACE DE USUARIO - SOLIDWORKS SIMULATION
ARBOL
No hay
que hacerlo
en orden
Armado del
modelo
matemático
Material
Conexiones
Cargas
Malla etc.
Resultados
?

24. AJUSTES PRELIMINARES - SOLIDWORKS SIMULATION
ANTES DE
Hacer
cualquier
análisis

25. AJUSTES PRELIMINARES - SOLIDWORKS SIMULATION
ANTES DE
Hacer cualquier análisis
setear/configuración general del sistema

26. TUTORIALES - SOLIDWORKS SIMULATION

27. TIPOS DE ANÁLISIS: LINEAL
 Use el análisis lineal cuando
se aplique las siguientes condiciones:
1. El material debe ser linealmente
elástico.
2. Las deformaciones estructurales deben
ser pequeñas.
3. Las cargas no varian con el tiempo

28. TIPOS DE ANÁLISIS:
ANÁLISIS ESTÁTICO O DE TENSIÓN
 Es el tipo de análisis más común. Asume el comportamiento
lineal del material e ignora
las fuerzas inerciales. El cuerpo vuelve a su posición original
cuando las cargas desaparecen.
 Calcula los desplazamientos, las deformaciones, las tensiones y
las fuerzas de reacción.
 Un material falla cuando la tensión alcanza un determinado
nivel.
 Los distintos materiales fallan
a niveles de tensión diferentes. Con el análisis estático podemos
probar el fallo de muchos materiales.
Los estudios estáticos proporcionan herramientas para el análisis de tensión lineal de piezas y
ensamblajes cargados con cargas estáticas. Las preguntas típicas que se responderán con este
tipo de estudio son:
¿Mi pieza se romperá bajo cargas funcionales normales?
¿El modelo está “diseñado en exceso”?
¿Mi diseño se puede modificar para aumentar el factor de seguridad?

29. Tipos de análisis: Análisis estático o de tensión
E = Límite elástico del material

30. TIPOS DE ANÁLISIS:
ANÁLISIS DE PANDEO
 Los modelos alargados
sometidos a cargas
axiales
de compresión tienden a
sufrir una gran
deformación lateral
repentina. Este
fenómeno se denomina
pandeo.
 El pandeo se puede
producir antes de que el
material falle debride a
las atlas tensiones.
 El análisis de pandeo
muestra el fallo debido
al pandeo y predice
cargas críticas.
Carga axial
Esta barra
alargada sometida
a una carga axial
fallará debido al
pandeo antes de
que el material
comience a fallar
por las altas
tensiones.

31. Tipos de análisis:
Análisis de frecuencia
 Todo cuerpo tiende a vibrar
a determinadas frecuencias denominadas
frecuencias naturales.
 Para cada frecuencia natural, el cuerpo
adopta una determinada forma denominada
forma modal.
 El análisis de frecuencias calcula las
frecuencias naturales y las formas modales
asociadas.
 En teoría, un cuerpo tiene un número
infinito de modos. En FEA, existen tantos
modos como en DOF. En la mayoría de
casos, se tienen en cuenta los primeros
modos dominantes para el análisis.

32. Tipos de análisis:
Análisis de frecuencia
 Las tensiones excesivas se producen si un cuerpo
está sometido a una carga dinámica que vibra a
una de sus frecuencias naturales. Este fenómeno
se denomina resonancia.
 El análisis de frecuencia le puede ayudar a evitar la
resonancia y a solucionar los problemas
de respuesta dinámica.

33. Tipos de análisis:
Análisis térmico y análisis de tensión térmica
Análisis térmico
Calcula la temperatura en cada punto del modelo en función de las
cargas térmicas y los contornos térmicos. Los resultados incluyen
el flujo y
los gradientes térmicos.
Análisis de tensión térmica
Calcula las tensiones, las
deformaciones y los desplazamientos
debido a los efectos térmicos y a los
cambios de temperatura.

34. Tipos de análisis:
Análisis de optimización- Estudio de Diseño
Calcula la solución óptima para un problema
basado en:
 Objetivo: establece el objetivo del análisis,
como
la minimización de material del modelo.
 Variables de diseño: especifica los intervalos
aceptables para las cotas que pueden cambiar.
 Restricciones: establece las condiciones que
debe reunir el diseño óptimo, como la
especificación de
un valor máximo para las tensiones.

35. Pasos del análisis
1. Crear un estudio para definir el
tipo de análisis.
2. Definir el material para cada
componente.
3. Aplicar cargas y restricciones.
4. Mallar el modelo. Se trata de un
paso automático en el que el
programa subdivide el modelo
en muchas piezas pequeñas.
5. Ejecutar el análisis.
6. Ver los resultados.
 Los pasos 2, 3 y 4 se pueden
realizar en cualquier orden.

36. Creación de un estudio
 El primer paso en el análisis con SolidWorks
Simulation es crear un estudio.
 Un estudio simula un caso de prueba o un
escenario hipotético. Define la finalidad (tipo), los
materiales, las restricciones
y las cargas del análisis.
 Puede crear muchos estudios y los resultados de
cada estudio
se pueden visualizar en cualquier momento.

37. Definición de materiales
 Puede seleccionar un material de
la biblioteca
o puede definir las propiedades
del material de forma manual.
 También puede agregar sus
propiedades del material para
crear bibliotecas de materiales
personalizados.
 Los resultados dependen del material
 usado para cada componente.
 Los materiales pueden ser isotrópicos u ortotrópicos. Los materiales
isotrópicos tienen las mismas propiedades en todas las direcciones.
Los materiales ortotrópicos tienen distintas propiedades en diferentes
direcciones (como la madera).

38. Definición de restricciones y
cargas
 Se deben aplicar restricciones adecuadas
para impedir el movimiento del cuerpo
rígido.
 Las cargas incluyen las fuerzas, la presión,
el momento de torsión, los
desplazamientos centrífugos,
gravitacionales, prescritos no cero, y las
cargas térmicas. También hay disponibles
opciones especiales para las fuerzas
remotas y de soporte.
 Las restricciones definen cómo se soporta el modelo.
 Un cuerpo que no esté restringido puede moverse de
 forma indefinida como un cuerpo rígido.

39. Mallado
 El mallado subdivide el modelo en muchas
piezas pequeñas denominadas elementos para
la simulación matemática.
 Los elementos de menor tamaño ofrecen
resultados más précisos , pero requieren más
recursos informáticos.
 El programa sugiere un tamaño de elemento
global promedio para el mallado. Esta es la
longitud promedio de un lateral del elemento.
 En regiones críticas (cargas concentradas,
geometría regular), puede aplicar Mesh Control
(Control de malla) para reducir
el tamaño del elemento y mejorar la precisión
de los resultados.

40. Tipos de mallado
 Elija el tipo de malla cuando cree un
estudio. Puede elegir: malla sólida,
malla de vaciado utilizando superficies
medias, malla de vaciado utilizando
superficies, malla mixta y malla de
viga.
 Use malla sólida para los modelos de
gran tamaño.
 Use malla de vaciado utilizando
superficies medias para modelos
simples delgados con espesor
constante.
 Use malla de vaciado utilizando
superficies para crear vaciados con
distintos espesores y materiales en las
caras seleccionadas.
 Use malla mixta cuando tenga cuerpos
de gran tamaño y delgados en el mismo
modelo.
 Use malla de viga para modelar
miembros estructurales.

41. Mallado
 En función del tamaño del elemento, el
programa coloca puntos (nodos) en los
contornos y, a continuación, rellena el
volumen con elementos tetraédricos 3D
para malla sólida, o con elementos
triangulares 2D para malla de vaciado.
 Debe mallar el modelo después de
realizar cualquier cambio en la
geometría. Los cambios
en el material, la restricción y la carga
no requieren un nuevo mallado.

42. Control de malla
Ejemplos de control de malla:

43. Uso de simetría
 El uso de simetría reduce el tamaño del problema
y mejora los resultados.
 La simetría requiere que la geometría, las cargas,
las propiedades del material y las restricciones
sean simétricas.
 Requisitos de las restricciones de simetría:
– Modelos sólidos: a todas las caras que
coinciden con un plano de simetría se les
impide moverse en la dirección normal.
– Modelos de vaciado: a todas las aristas
que coinciden con un plano de simetría
se les debería impedir moverse en la
dirección normal y rotar sobre las otras
dos direcciones ortogonales.
 Las restricciones de simetría se deberían evitar
en los estudios de frecuencia y pandeo.
Modelo simétrico con
respecto a un plano.
Mitad del modelo con
restricciones de simetría
aplicadas.

44. Malla de vaciado
 Puede usar la malla de vaciado en vez de una malla sólida para modelar piezas
delgadas.
Los elementos de vaciado resisten las fuerzas
de membrana y plegado.

45. Malla de vaciado
 La malla de vaciado con calidad de borrador usa elementos triangulares
lineales con tres nodos en esquina.
 La malla de vaciado con calidad alta usa elementos triangulares parabólicos
con tres nodos en esquina
y tres nodos de tamaño medio.
 Cada nodo en un elemento de vaciado tiene seis DOF: tres traslaciones
(dir X, Y, Z global) y tres rotaciones (sobre los ejes X, Y y Z globales)

46. Métodos adaptativos para estudios
estáticos
 Las regiones críticas son ubicaciones
de fuerzas concentradas y geometrías
irregulares (esquinas pronunciadas)
donde se producen las
concentraciones de tensión.
 En estas regiones críticas, los
resultados de los nodos de elementos
adyacentes comunes divergen
significativamente. Los métodos
adaptativos pueden mejorar la
exactitud de los resultados
automáticamente.
 Los métodos adaptativos se basan en
una estimación de error y en técnicas
de ajuste de curvas.

47. Métodos adaptativos para estudios
estáticos
 El método adaptativo p usa un orden
de elementos mayor (orden polinómico
del campo de desplazamiento) para reducir
los errores. No cambia el tamaño del
elemento.
 El método adaptativo h refina la malla
(tamaños de elementos más pequeños) al
usar más elementos en regiones críticas.

48. Ejecución de análisis
 Tras definir los materiales, aplicar las restricciones
y cargas, y mallar su modelo, ejecute el análisis.
 Durante el análisis, el programa calcula los resultados. Este paso incluye un
intenso cálculo numérico. En muchos casos, el programa
resolverá cientos de miles de ecuaciones
algebraicas simultáneas.
 SolidWorks Simulation cuenta con solucionadores innovadores, rápidos y
precisos.

49. Visualización de resultados
 Tras completar el análisis, puede visualizar los resultados.
 SolidWorks Simulation ofrece herramientas sencillas avanzadas para
visualizar los resultados en unos pocos clics.
 Use trazados de sección e ISO para mirar dentro
del cuerpo.
 El asistente para verificación de diseño comprueba la seguridad de su diseño
para estudios estáticos.
 SolidWorks Simulation genera un informe estructurado preparado para
Internet para
sus estudios.