¿Un ingeniero mecánico siempre usa FEA?

Answer 1

Déjame decírtelo, limpio y simple.

Los ingenieros que entran en la industria de TI ciertamente no usan el análisis de elementos finitos. Los que terminan convirtiéndose en empresarios podrían no hacerlo. Los que entren en MBA no lo harán. Los ingenieros que obtuvieron sus títulos hace un par de décadas todavía lo harían muy bien sin él.

Pero los ingenieros mecánicos (o incluso automotrices, civiles, aeroespaciales, mecatrónicos, etc.) a partir de este momento, que planean diseñar o crear absolutamente cualquier cosa y especialmente aquellos que planean hacerlo bien, seguramente usarán FEA o sus resultados en uno parte de su carrera u otra.

Por cierto, ¿alguna vez has visto un pequeño punto rojo flotando en un mar azul?

¿No?

Entonces bienvenido a mi vida.

Pero junto con hacer diagramas de Venn al azar, también tengo otro pequeño conjunto de habilidades.

Como puede ver, he estudiado CFD, FEM y CAD. He tomado cursos de posgrado en todas estas materias, y mi maestría se basó en comprender cada una de estas tres.

De hecho, actualmente estoy trabajando como ingeniero de aplicaciones de FEA en una genial startup de simulación de nube completa en Munich.

¿Por qué te estoy diciendo todo esto?

Bueno, para ser sincero, solo quería asegurarme de tener algunos diagramas de Venn geniales en mi respuesta. Pero , como nota al margen, también quiero establecer mis credenciales . Sé de lo que voy a hablar, y puedes llevar eso al banco.

Entonces, cuando digo que las personas recurren cada vez más a FEA, lo digo después de haberlo experimentado. Estuve un año en los laboratorios de I + D de Volkswagen en Wolfsburg, con mucho uno de los laboratorios de investigación más grandes de cualquier compañía en el mundo, y tuve la suerte de trabajar directamente con el equipo de investigación del Audi R8. Le aseguro que no es una tarea pequeña, y se necesita el arduo trabajo de docenas de ingenieros trabajando juntos durante años para llegar a los cambios más pequeños que podemos hacer a esa bestia.

También vi a un equipo de 25 experimentando con los productos en VW, solo para crear un pequeño tornillo para el automóvil. Un tornillo que nunca notarías diferente de cualquier otro tornillo en forma o diseño, pero un tornillo que es responsable de más de un par de doctorados y más de una docena de tesis de licenciatura / maestría que pasan décadas acumulativas en esa parte. Tiene una diferencia muy pequeña en la curva de su hueco que garantizaría una mayor seguridad y una producción más fácil.

Una vez más. Un tornillo. 2 doctorados. ~ 20 tesis de licenciatura / maestría. Décadas de trabajo.

¿Y sabes lo que hizo VW al final de todos los experimentos y años de pasar por la teoría?

Sí, lo has adivinado!

Usaron FEA para validarlo. Y para extender el resultado a regiones donde no lo probaron y no estaban seguros de cómo proceder.

VW no es el único que hace esto. Sé que BMW, Tesla, Ford, GM, SpaceX, Apple, Samsung, IBM, Oracle, y básicamente cualquier gran empresa que puedas nombrar está realizando FEA. Como parte de mi trabajo, he visto a clientes grandes y pequeños, tiendas familiares y grandes, así como grandes empresas comerciales, recientemente volviéndose cada vez más hacia FEM y CFD para resolver sus problemas.

Esto ya no es la década de 1960: no puede desperdiciar sus ecuaciones de resolución de tiempo a mano, mientras que otros usan inteligencia artificial escalable para dar resultados más precisos y rápidos. Entonces, si no aprende a usar FEA, no podrá estar en un mercado competitivo, como ingeniero / emprendedor o como innovador.

Al mismo tiempo, lo que es importante para usted es tener una comprensión profunda de lo que es FEA y cuáles son sus límites. Comenzar con FEA no es excepcionalmente difícil: si las empresas con gerentes que han estado trabajando sin simulación durante más de 30 años están dispuestas a recibir la capacitación y comenzar dentro de una semana, no puede ser lo más difícil. Obviamente, no te conviertes en un ingeniero de FEA en un día, pero si utilizas los recursos correctos, puedes ser lo suficientemente competente como para probar y ver al menos los defectos obvios en un diseño en solo una semana (más o menos ).

Pero entiendo que obtener la capacitación es una tarea difícil en sí misma: la mayoría de los estudiantes no pueden pagar la capacitación o comprar licencias de software para ejecutar simulaciones.

Aquí es donde la capacitación abierta y gratuita puede ser útil. Como estudiante, su objetivo debe ser aprender primero y pagar después. Le sugiero que busque algún software FEA gratuito y bueno para comprender sus necesidades, y luego siempre puede cambiar para convertirse en un usuario pagado una vez que tenga la experiencia requerida y / o la necesidad de privacidad de sus proyectos. Le recomiendo que eche un vistazo a SimScale : son gratuitos para cualquier persona que quiera aprender FEA y no quiera ocultar su trabajo de inmediato , y me encanta el hecho de que tienen la biblioteca de simulaciones públicas más extensa del mundo. para que copie y aprenda directamente, ¡y también una vasta documentación de contenido fácil para ayudarlo a comenzar! Pero si realmente quiere comprender las matemáticas detrás de FEA, siempre puede ir a sus profesores y pedirles directamente algunos libros de teoría de FEM.

¡Mucha suerte y bienvenidos al carro de FEA!

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PD: Si quieres convertirte en embajador de SimScale para tu universidad, contáctame en un mensaje (no en comentarios, tiendo a extrañarlos) con tu perfil. Debe estar dispuesto a organizar talleres de FEA en su universidad y, por lo tanto, estar dispuesto a hablar con sus profesores. Si lo haces bien, ¡también ofrecen pasantías pagas en Alemania!

Answer 2

Pregunta como contestada …

¿Un ingeniero mecánico siempre usa FEA?

Para aclarar:

Me pregunto cuántos problemas resolveré (como la resistencia de un sistema mecánico) a mano en lugar de usar FEA. Eso me hizo pensar, qué ventaja estudiar este tema y otros me dan como ingeniero en comparación con una persona que hace FEA sin ningún conocimiento en ingeniería mecánica.

¡No! No no no…

Tengo una anécdota para compartir …

2009 GM Tech Center India: nosotros, analistas (a menudo considerados analistas exclusivamente de FEA o CFD), presentamos nuestras capacidades a los ingenieros de diseño y a los ingenieros responsables de diseño. Uno de los DRE preguntó por qué no tomamos todas las decisiones de duración de la garantía basadas en FEA: “la técnica compleja y, por lo tanto, más precisa” en lugar de los “modelos 1-D más simples”. El gerente del grupo FEA respondió …

“Es un mito que FEA es la técnica más precisa. El hecho es que es el mejor compromiso que tenemos cuando los modelos basados ​​en física son demasiado engorrosos o requieren demasiada aproximación de la geometría ”.

Te dejaré sacar conclusiones …

En mis 10 años pasados ​​en el análisis CAE automotriz y sus alrededores, he hecho FEA una vez, con los nudillos de dirección. He pasado el resto de mi tiempo haciendo modelos empíricos o modelos basados ​​en el primer principio o híbridos de los dos. Así que no escuches a alguien que dice que FEA es la única técnica de modelado virtual que vale la pena.

Answer 3

En términos simples, como ingeniero mecánico

La era de la experimentación extensa y las validaciones de resultados que consumen mucho tiempo se han ido. Como los problemas de ingeniería que cambian rápidamente, son desafiantes y enormemente grandes necesitan soluciones rápidas y receptivas, el análisis de todos los problemas debe hacerse desde una perspectiva completamente nueva. Micro para ser exactos.

Utilizando la tecnología de la información y sus aplicaciones como herramienta, los flujos mecánicos pueden hacer su análisis en un escenario de tiempo limitado. Como se detalla en las respuestas anteriores, un estudiante con un conocimiento profundo en FEM puede instalarse en cualquier flujo de Ingeniería Mecánica para hacer un Análisis sin importar cuán complejo sea el problema.

En cuanto a su pregunta, se necesita que una persona que está haciendo el análisis sin ningún conocimiento en la corriente sea informada sobre el tema y su aplicación antes de colocarlo en el ala de análisis.

En lo que respecta a los tipos como tú y yo, sí, hemos tirado una gran cantidad de papel al basurero para que la solución sea correcta. Pero conocemos la manera difícil y fácil.

En lo que respecta al empleador, no necesitamos que se nos informe sobre los temas, ya que tenemos experiencia en eso. ✌

Answer 4

> ¿Un ingeniero mecánico siempre usa FEA?

Durante mi tiempo en estructuras compuestas, usamos mucho FEA pero también muchos cálculos manuales. La regla general era, si podía aproximarse de manera segura con un cálculo manual, hágalo.

El problema con FEA es que requiere mucho tiempo. Debe importar su geometría, engranar el modelo, limpiar la malla, asignar propiedades de elementos, configurar condiciones de contorno, ejecutar el modelo y luego verificar los resultados. La última parte es crítica , al igual que las condiciones de contorno.

Lo que los nuevos graduados universitarios parecen olvidar es que con FEA estás haciendo suposiciones por todas partes. Cuando haces mallas, se hacen suposiciones. Cuando colocas fuerzas o fijas grados de libertad, se hacen suposiciones. Cuando selecciona tipos de elementos, está haciendo suposiciones. El modelo que se le ocurrió puede o no reflejar lo que realmente está sucediendo en la vida real. La computadora no sabe lo que estás tratando de hacer; solo sabe lo que le dijiste. Atravesará el algoritmo y escupirá una serie de números que es la solución. No hay garantía de que la solución sea válida. Es posible que hayas hecho una malla tet lineal, que generalmente no es súper precisa. Es posible que haya hecho un RBE2 donde realmente necesitaba un RBE3. Es posible que la estructura real no se fije en los grados de libertad que elija. ¿La solución cambia significativamente con elementos parabólicos? ¿Qué tal un cambio en la densidad de malla? Parece que necesita ejecutar un análisis de sensibilidad. ¿Estás seguro de que representaste todas las fuerzas? ¿Necesita configurar algunos elementos de contacto? ¿Qué tal el desplazamiento? ¿Es lo suficientemente grande como para ejecutar un análisis no lineal? ¿Estás utilizando la teoría correcta de fallas? ¿Revisó el archivo de salida y verificó que los números tienen sentido? Calcule a mano y vea si los números están cerca. ¿Es su matriz de rigidez casi singular? Intenta ver si has configurado mal el problema. Estas son cosas que una persona que no conoce bien la teoría de la ingeniería no sabrá hacer.

El hecho de que sea fácil hacer FEA no significa que sea fácil hacerlo correctamente. Lo mismo se aplica en realidad a los cálculos manuales porque también está asumiendo que los objetos del mundo real se comportan como cualquier caso idealizado. Es más fácil volver a calcular si es necesario. Un ingeniero senior me dijo una vez, “la mejor herramienta de ingeniería que tienes es tu cerebro”. Él estaba en lo correcto.

Answer 5

La estática, la dinámica, la mecánica de los sólidos y los temas asociados, como la flexión de vigas, las tensiones de torsión, etc., son instrumentos clave para comprender las respuestas que son los resultados del análisis de FE.

Alguien que realiza FEA estructural sin un fondo básico de mecánica estructural es peligroso y prácticamente inútil: uno debe ser capaz de comprender “qué” están resolviendo y si sus soluciones tienen sentido. También es necesario poder determinar cómo solucionar los “problemas” y / o cómo eliminar el desperdicio en un sistema sobre diseñado. Nada de esto es información que proporcionará el programa FEA. FEA es una herramienta para lograr diseños, no un medio para los diseños en sí. Un carpintero experto con una sierra manual probablemente va a construir un mejor producto que una persona despistada con una sierra eléctrica. Lo mismo es cierto para FEA: es simplemente una herramienta; Una herramienta impresionante en manos de alguien que sabe cómo usarla, pero un desperdicio en manos de ignorantes o incompetentes.

¿Es un estrés alto “verdaderamente” un estrés alto? ¿O es simplemente un caso de condiciones fijas que producen un alto estrés? ¿Son razonables esas condiciones? Muchas de estas preguntas provienen del conocimiento central en las materias de mecánica básica. El operador debe ser capaz de discernir estas respuestas si van a hacer algo más que entregar gráficas de estrés bonitas.

Una vez que rediseñé un sistema que resultó en una reducción de peso sustancial simplemente haciendo un cálculo de “parte posterior de la envoltura” para cambiar una fuerza aplicada y una fuerza de reacción de tener pares aditivos en pares opuestos, reduciendo así las energías de entrada más dañinas en el sistema. La FEA misma había predicho el estrés, pero una comprensión razonable tanto de la estática básica como de la mecánica básica de los sólidos ayudó a comprender y remediar la situación.

Otro programa en el que trabajé al principio de mi carrera parecía muy sencillo, con lo que a primera vista parecía un sistema casi estáticamente determinado. Pero, de hecho, después de una revisión adicional, un aspecto sustancial del modelo en sí era altamente estáticamente indeterminado y, como resultado, dependía críticamente de una descripción precisa de la estructura de “qué” se montó este ensamblaje. Un ingeniero de pruebas que perezosamente decidió ignorar nuestras preocupaciones al respecto causó una situación cercana a la crisis cuando la pieza se rompió muy rápidamente en la prueba. Estuve fuera mientras sucedía y recibí una llamada de pánico de un compañero de trabajo, pidiéndome alguna idea. Mi primera pregunta fue “¿Se rompió en la esquina superior izquierda?” Después de obtener un “sí”, mi siguiente afirmación fue “Ve a verificar las condiciones de la prueba: apostaré dinero a que unieron el sistema a un banco de pruebas rígido. Vaya y encuentre mi informe del año pasado y pídales que construyan un accesorio de prueba que represente el sistema real al que se adjunta ”. (Si hubieran realizado la prueba correctamente, sabía que la esquina superior izquierda de la estructura no estaba cargada significativamente, mientras que un el accesorio rígido empujaría la mayoría de las reacciones en esta sección). Su prueba hizo exactamente lo que predije que haría, ya que la prueba en sí misma no reflejaba las condiciones de trabajo de la pieza. Pero para alguien que no entendió la determinación estática y sus implicaciones en las rutas de carga, habría ocurrido un rediseño costoso e innecesario.

Se puede hacer FEA sin ningún conocimiento de las estructuras, pero su alcance general sería increíblemente limitado: tendría que ser respuestas simples y altamente repetitivas, o la empresa tendría que aceptar un porcentaje significativo de “malas respuestas”.

Answer 6

Los cálculos manuales (o, con la misma frecuencia, “cálculo mental”) son muy útiles para verificaciones intestinales rápidas de orden de magnitud e identificar puntos potenciales de falla, regiones más débiles o simplemente para validar la viabilidad de un material (rápido, sin mirarlo) dígame si … unidades mixtas advierten … un hilo acrílico de 2.5 mm de diámetro soporta un peso de 100 libras con un factor de seguridad de 2-si se pregunta si el límite elástico del acrílico es mayor a aproximadamente 27 ksi, entonces tiene ¡tengo la idea correcta!)

En cuanto a que los que no son ingenieros utilicen el análisis de elementos finitos, el software no es tan infalible que todavía estamos en ese punto. Comprensión de los materiales, carga dinámica, fatiga, fluencia, concentración de tensiones, propagación de grietas, endurecimiento del trabajo, corrosión, tensiones térmicas, dinámica de fracturas, fallas, redundancia, tolerancias y errores de fabricación y fabricación, análisis de sensibilidad, análisis de riesgos y propagación de errores, mantenibilidad , y la evaluación del ciclo de vida son todos necesarios para evaluar el valor de una geometría particular en términos de las cargas mecánicas que soportará.

Y si el software alguna vez se vuelve tan elaborado, ¿ realmente quieres usar tus 4 años de educación para dibujar partes y mallarlas ? Que divertido es eso

Answer 7

Los ingenieros usan muchas herramientas para aliviar la carga del cálculo. Análisis de elementos finitos (FEA), dinámica de fluidos computacional (CFD), código de computadora personalizado, hojas de cálculo Excel, por nombrar algunos.

Sin embargo, todas estas cosas siguen siendo solo eso: herramientas.

La mejor espada en manos de un campesino puede hacer algo de daño, pero no ganará una pelea. Del mismo modo, incluso si tiene las mejores herramientas de ingeniería, pero no comprende el fenómeno físico que se presenta, o los cálculos detrás de la pantalla, la cantidad de valor o conocimiento que puede aportar a la persona que le paga, es limitada.

El viejo dicho, en términos de programas de computadora, sigue siendo apropiado: “¡A la mierda, a la mierda!” . Es el trabajo del ingeniero asegurarse de que las cosas que entran en el código no sean basura, y evaluar las cosas que salen también, no ser basura.

Y esto se hace principalmente realizando algunos buenos cálculos a mano anticuados.

Answer 8

Usas ambos métodos en el mundo real. Las nuevas herramientas en Solidworks son excelentes e incluso sugieren otros cálculos o restricciones, pero un cálculo manual es muy útil para verificar su análisis de un componente. Es solo una forma diferente de desarrollar una conclusión o descubrir por qué un resultado simplemente “no se ve bien”.

Hasta su último punto, no puedo imaginar a nadie haciendo FEA con éxito sin ningún conocimiento en ingeniería mecánica. Es posible que puedan ejecutar el programa, pero los resultados no tendrían sentido sin saber qué restricciones aplicar para cada análisis.

Answer 9

NO TODOS LOS INGENIEROS MECÁNICOS UTILIZAN FEA

En realidad, FEA debe ser un tema electivo. Es una herramienta muy útil en ingeniería pero muy difícil de dominar.

Por lo tanto, la mejor solución es hacer de la FEA una asignatura optativa, no una asignatura básica obligatoria.