Análisis por elementos finitos lineal frente a no lineal: cuando el análisis lineal ya no es suficiente para la verificación estructural

¿Qué supuestos se basan realmente en el análisis por elementos finitos lineal?

Lineal Análisis de elementos finitos El análisis por elementos finitos (FEA) se basa en simplificaciones fundamentales, de modo que la relación entre las fuerzas aplicadas y el desplazamiento estructural sea proporcional. Cuando dichas suposiciones siguen siendo válidas, el análisis lineal resulta eficiente, fiable y totalmente adecuado. Cuando no lo son, los resultados pueden resultar cada vez más engañosos, incluso si el modelo se resuelve sin errores.

Una respuesta proporcional entre fuerza y desplazamiento

En un problema estático lineal, la respuesta estructural es proporcional a la carga aplicada. Si la carga se duplica, los desplazamientos, las tensiones, las deformaciones y las fuerzas de reacción calculados también se duplican.

Este comportamiento viene descrito por la conocida ecuación de equilibrio:

K u = F

donde:

• K es la matriz de rigidez;

• u es el vector de desplazamiento;

• F es el vector de carga aplicada.

La hipótesis fundamental es que la matriz de rigidez, K, se mantiene constante a lo largo de todo el análisis. La estructura se analiza en torno a su geometría original, sin deformaciones, y la respuesta calculada no altera el propio modelo.

Dado que la respuesta es proporcional, se aplica el principio de superposición. Los casos de carga individuales pueden analizarse por separado y combinarse posteriormente, siempre que las combinaciones de carga sean compatibles y se mantengan válidas las hipótesis de linealidad.

Supuestos de pequeñas deformaciones

El término «pequeña deformación» A menudo se malinterpreta este concepto. No significa que los desplazamientos deban ser visualmente insignificantes ni que deban mantenerse por debajo de un porcentaje universal de las dimensiones del modelo.

La cuestión relevante es si la deformación altera las propiedades físicas del problema.

El análisis lineal parte del supuesto de que los desplazamientos y las rotaciones son lo suficientemente pequeños como para no alterar de manera significativa:

• la rigidez estructural;
• la dirección de las cargas aplicadas;
• la trayectoria de la carga a lo largo de la estructura;
• la configuración de equilibrio;
• efectos de segundo orden, como los momentos adicionales generados por la deformación.

Comportamiento elástico lineal de los materiales

El análisis por elementos finitos lineal (FEA) también parte de la hipótesis de un comportamiento elástico lineal del material. La tensión y la deformación se mantienen proporcionales y siguen una relación lineal definida por las propiedades elásticas del material, como el módulo de Young.

Otra hipótesis igualmente importante es la reversibilidad. Si se retira la carga, el material recupera su forma original sin sufrir deformaciones permanentes. En el caso de muchas estructuras de ingeniería que funcionan por debajo del límite elástico, esta hipótesis proporciona resultados suficientemente precisos.

Contactos y condiciones de contorno fijos

El análisis lineal parte además del supuesto de que los apoyos, las restricciones, las interfaces y las condiciones de aplicación de la carga permanecen inalteradas durante todo el proceso de resolución.

Un apoyo fijo permanece fijo, una unión adherida permanece adherida, y el mecanismo mediante el cual se transfieren las cargas a través de la estructura no varía a medida que se produce la deformación.

No obstante, un modelo lineal puede representar interfaces fijas o unidas, pero no puede reflejar las condiciones de contacto que varían durante la resolución del problema, como la apertura, el cierre, la separación o el deslizamiento por fricción. No puede reflejar:

• contactos de apertura o cierre;
• separación de componentes;
• deslizamiento por fricción;
• transferencia intermitente de carga;
• cambios en la superficie de contacto;
• compresión.

¿Qué hace que un problema de análisis por elementos finitos sea no lineal?

Un problema de análisis por elementos finitos (FEA) pasa a ser no lineal cuando la relación entre las fuerzas aplicadas y el desplazamiento estructural deja de ser proporcional.

Por este motivo, el análisis no lineal suele realizarse por incrementos. Dependiendo del método de resolución, estos pueden estar controlados por la carga, el desplazamiento o la longitud del arco. Tras cada incremento, el solucionador busca de forma iterativa el equilibrio entre las fuerzas internas generadas por la estructura y las cargas aplicadas externamente.

En cada incremento de carga, el solucionador realiza comprobaciones de convergencia. La convergencia significa que la solución ha alcanzado las tolerancias numéricas predefinidas para magnitudes tales como los residuos de fuerza y desplazamiento. Sin embargo, la convergencia solo indica que la solución numérica cumple los criterios del solucionador.

La mayoría de los problemas estructurales no lineales tienen su origen en una o varias de estas tres fuentes: la no linealidad geométrica, la no linealidad del material y la no linealidad de contacto o de condiciones de contorno.

Imagen: Análisis lineal frente a no lineal (fuente)

No linealidad geométrica

La no linealidad geométrica se produce cuando la forma deformada de la estructura influye en su respuesta.

Este comportamiento puede deberse a:

• desplazamientos o rotaciones importantes;
• cambios en la rigidez provocados por la deformación geometría;
• efectos de segundo orden, como el comportamiento P–Delta;
• fenómenos de «snap-through»;
• inestabilidad y comportamiento tras el pandeo.

Este comportamiento resulta especialmente relevante en las siguientes estructuras:

• grúas esbeltas y estructuras de elevación;
• estructuras en alta mar, siempre que sean esbeltas;
• estructuras de paredes delgadas y chapadas;
• columnas esbeltas y otros elementos a compresión;
• Cables y puentes colgantes;
• barras flexibles y estructuras de soporte.

No linealidad del material

La no linealidad del material se produce cuando la relación entre la tensión y la deformación deja de ser proporcional.

Dentro del intervalo elástico, la tensión aumenta linealmente con la deformación y el material recupera su forma original tras la descarga. Sin embargo, una vez que comienza el límite elástico, la respuesta del material cambia. La no linealidad del material se produce cuando la relación entre la tensión y la deformación deja de ser lineal. Los distintos materiales presentan relaciones tensión-deformación diferentes, y esta relación puede variar a medida que aumenta el nivel de tensión.

Por ejemplo, en el acero estructural, la curva de tensión-deformación suele mostrar una región elástica inicial, seguida de la aparición del límite elástico y la deformación plástica. Tras alcanzar el límite elástico, el acero puede seguir soportando carga adicional a medida que se desarrolla la deformación plástica, aumentando de nuevo la tensión debido al endurecimiento por deformación. Pueden quedar deformaciones permanentes tras la descarga, y las tensiones pueden redistribuirse a lo largo de la estructura.

La no linealidad de los materiales puede incluir:

• ceder;
• deformación plástica;
• redistribución de tensiones provocada por la plasticidad;
• relaciones no lineales entre tensión y deformación.

No linealidad en el contacto y en las condiciones de contorno

La no linealidad de los contactos y las condiciones de contorno se produce cuando los soportes, las interfaces o los mecanismos de transferencia de cargas cambian durante la aplicación de la carga. El análisis lineal parte del supuesto de que conexiones permanecen en el mismo estado a lo largo de toda la solución.

Algunos ejemplos son:

• la apertura o el cierre de huecos;
• superficies que se separan y vuelven a entrar en contacto;
• deslizamiento por fricción;
• soportes de solo compresión;
• la evolución de las condiciones de apoyo;
• interfaces de conexión en constante evolución;
• mecanismos de transferencia de carga mediante pernos o abrazaderas.

Imagen: Tres fuentes de no linealidad

Análisis por elementos finitos lineal frente a no lineal: comparación lado a lado

¿En qué casos suele ser suficiente el análisis por elementos finitos lineal para las estructuras de acero?

• Las tensiones se mantienen dentro del rango elástico previsto del material;
• las deformaciones no alteran de manera significativa la trayectoria de la carga ni la rigidez estructural;
• las rotaciones siguen siendo compatibles con la hipótesis del desplazamiento pequeño;
• los soportes, las conexiones y las interfaces no cambian de estado;
• no se produce ninguna apertura, separación, deslizamiento ni transferencia de carga por fricción significativos;
• La cuestión del diseño no requiere una modelización explícita de la inestabilidad no lineal, el comportamiento posterior al pandeo ni el colapso;
• la norma de diseño aplicable se basa en el análisis elástico lineal;

Estas condiciones son habituales en la práctica, desde bastidores rígidos de maquinaria y vigas de acero que funcionan dentro del rango elástico hasta las comparaciones iniciales de diseño y la evaluación rutinaria de tensiones. Muchas normas estructurales también se basan explícitamente en el análisis elástico lineal para la verificación del cumplimiento de la normativa.

El análisis por elementos finitos lineal sigue siendo muy utilizado porque resulta eficiente desde el punto de vista computacional, transparente y relativamente fácil de validar comparándolo con cálculos manuales y el criterio de ingeniería. Cuando sus supuestos siguen siendo representativos de la estructura real, un modelo no lineal no ofrece automáticamente una respuesta mejor. Simplemente introduce complejidad adicional, un mayor coste computacional y decisiones de modelización. Por lo tanto, el objetivo es utilizar el nivel de análisis que el problema de ingeniería realmente requiera.

Señales de alerta que indican que el análisis lineal podría ya no ser suficiente

Las siguientes preguntas de diagnóstico pueden ayudarle a determinar si los supuestos en los que se basa el análisis lineal por elementos finitos están empezando a dejar de ser válidos.

La deformación de la forma modifica la trayectoria de la carga

¿Influye la deformación en la forma en que las cargas actúan sobre la estructura?

Esto puede ocurrir cuando:

• una carga axial genera momentos flectores adicionales debido a la deformación;
• la dirección de una fuerza o presión aplicada cambia a medida que la estructura se deforma;
• una placa o carcasa flexible ejerce una acción de membrana;
• la estructura se vuelve notablemente más blanda o más rígida durante la deformación.

La respuesta prevista del material va más allá de la elasticidad lineal

Imagínese los siguientes casos:

• El comportamiento tras la fluencia determina la idoneidad del diseño;

• la deformación permanente es importante;

• la redistribución del plástico forma parte de los criterios de aceptación;

• El objetivo es determinar la carga máxima o la capacidad de colapso.

Cambios en el estado de los contactos durante la carga

Considere estos ejemplos:

• se cierra una brecha;
• las superficies de contacto estén separadas;
• la fricción influye en la transferencia de carga;
• Un soporte soporta la compresión, pero cede ante la tracción.

La estabilidad es la verdadera cuestión de diseño

Análisis de pandeo lineal resulta útil para identificar los posibles modos de pandeo y estimar los factores de carga crítica idealizados. Sin embargo, muchas estructuras reales son sensibles a las imperfecciones, a los cambios geométricos y a los efectos posteriores al pandeo.

Para estos problemas, puede ser necesario realizar un análisis no lineal. El pandeo lineal y el análisis no lineal tienen finalidades distintas y no deben considerarse métodos intercambiables.

Los resultados lineales son físicamente inverosímiles

Entre los posibles signos de alerta se incluyen:

• patrones de deformación imposibles;
• una rigidez estructural poco realista;
• fuerzas de reacción que no se ajustan al sistema de retención previsto;
• tensiones excesivas provocadas por apoyos muy idealizados;
• resultados que siguen escalando linealmente a pesar de que el material o la interfaz debieran cambiar de estado.

A menudo, el primer indicio de que un efecto no lineal es relevante no es una advertencia del solucionador, sino la apreciación de un ingeniero de que el comportamiento calculado ya no se corresponde con la estructura física.

Cuatro ejemplos estructurales

1. Elemento esbelto sometido a compresión

Una columna esbelta está sometida a una carga axial de compresión. A medida que el elemento se deforma, la carga axial genera momentos flectores adicionales. Estos efectos de segundo orden, o «P-Delta», aumentan la deformación y las tensiones.

Un análisis lineal de primer orden puede subestimar los momentos flectores de segundo orden, el desplazamiento lateral y la utilización resultante. Esto puede dar lugar a una evaluación estructural no conservativa.

2. Placa delgada o capa en situación de inestabilidad inminente

Una estructura de placa o carcasa de paredes delgadas puede ser sensible al pandeo incluso cuando las tensiones se mantienen por debajo del límite elástico. El análisis lineal de pandeo permite identificar los modos de pandeo probables y estimar factores de carga crítica idealizados, lo que lo convierte en una herramienta valiosa para la selección inicial y la comprensión de los mecanismos de inestabilidad.

Sin embargo, no puede predecir cómo influyen en la estructura real las imperfecciones geométricas, la redistribución de cargas o el comportamiento posterior al pandeo. Para evaluar estos efectos, puede ser necesario realizar un análisis geométricamente no lineal que tenga en cuenta imperfecciones representativas. Cuando sea relevante la capacidad de fluencia o la capacidad límite, también puede ser necesario incluir la no linealidad del material.

3. Conexión con «Changing Contact»

Una unión atornillada puede permitir cierto deslizamiento o separación entre las placas unidas a medida que varía la carga. Del mismo modo, un soporte que solo trabaja a compresión puede perder contacto cuando la carga aplicada cambia de dirección o resulta insuficiente para mantener dicho contacto.

Estas situaciones implican condiciones de contacto variables que pueden afectar a la transferencia de cargas y a la rigidez estructural. Un análisis no lineal requiere definiciones de contacto adecuadas y la validación del estado de contacto resultante, la distribución de cargas y la rigidez de las uniones.

Esto concuerda más con el comentario del ingeniero, ya que ofrece dos ejemplos concretos:

• placas atornilladas → posible deslizamiento o separación;
• soporte de solo compresión → se puede perder el contacto.

Y, lo que es más importante, esto no implica que todas las uniones atornilladas requieran un análisis no lineal, sino únicamente que un cambio en las condiciones de contacto podría hacer que dicho análisis fuera necesario.

4. Deformación local en torno a un punto de introducción de carga

A menudo se producen tensiones elevadas cerca de las zonas de aplicación de la carga, los apoyos o las discontinuidades geométricas. Un análisis lineal puede indicar tensiones superiores al límite elástico del material, pero este resultado por sí solo no demuestra que se produzca un colapso plástico.

El pico de tensión puede corresponder a una singularidad de tensión, a una pequeña zona plástica local o a una región en la que una deformación plástica limitada redistribuye las tensiones sin comprometer la estructura global. En otros casos, la deformación plástica puede seguir desarrollándose hasta convertirse en un mecanismo de rotura.

Para determinar qué situación es la aplicable, puede ser necesario recurrir a un modelo de material no lineal, en función de la norma aplicable, del criterio de aceptación y de si la tensión local tiene sentido desde el punto de vista físico.

Cuando se utilice un análisis de materiales no lineales, el modelo deberá incluir una curva tensión-deformación adecuada, un criterio de fluencia y una validación de la deformación plástica y la redistribución de tensiones resultantes.

Cómo decidir entre el análisis por elementos finitos lineal y no lineal

Siguiendo la siguiente lista de comprobación, podrá determinar si los supuestos lineales siguen siendo suficientes.

Paso 1: Definir el problema de ingeniería

En primer lugar, determine qué es lo que realmente necesita saber. ¿Cuál es el objetivo:

• verificación de la tensión elástica;
• evaluación de la rigidez;
• evaluación de la estabilidad;
• generación de datos de fatiga;
• deformación permanente;
• comportamiento real de contacto;
• capacidad de carga máxima;
• si es necesario realizar una comprobación del código de acuerdo con la norma;
• ¿Se requieren combinaciones lineales de cargas?

No es posible seleccionar correctamente el tipo de análisis hasta que quede clara la conclusión técnica necesaria.

Paso 2: Identificar la posible no linealidad dominante

Evalúe por separado las posibles fuentes de no linealidad:

• geometría;
• comportamiento de los materiales;
• contactos;
• condiciones de contorno.

Evite activar todas las características no lineales a la vez. El modelo debe representar los efectos físicos que son relevantes para el problema de ingeniería.

Paso 3: Empiece por el modelo defendible más sencillo

Incluso cuando se requiere un análisis no lineal, suele resultar útil disponer de una referencia lineal. Esta proporciona:

• una comprobación del orden de magnitud;
• una comprensión inicial de la trayectoria de la carga;
• un resultado de referencia para la comparación;
• una forma de detectar errores de modelización antes de introducir complejidad no lineal.

Paso 4: Añada únicamente el comportamiento no lineal pertinente

Introduzca únicamente los efectos no lineales que sean relevantes para el problema que se está resolviendo. Por ejemplo:

• activar la no linealidad geométrica cuando los efectos de segundo orden sean la principal preocupación;
• introducir un modelo de material no lineal cuando la respuesta viene determinada por la deformación plástica;
• Sustituya las interfaces unidas por contactos evolutivos únicamente cuando la separación o el deslizamiento afecten a la transferencia de carga.

Paso 5: Compare las cantidades de ingeniería, no solo los gráficos de curvas de nivel

La comparación entre los resultados lineales y no lineales debe centrarse en las magnitudes de ingeniería, entre las que se incluyen:

• desplazamientos a escala mundial;
• fuerzas de reacción;
• fuerzas internas;
• respuesta carga-desplazamiento;
• analizar las tensiones y su dirección;
• comprobar los resultados de la tensión;
• las utilizaciones pertinentes, cuando proceda;
• comportamiento en materia de estabilidad;
• fuerzas de contacto y estado del contacto.

Paso 6: Compruebe que el método de verificación acepte los resultados

Por último, asegúrese de que el modelo, los resultados extraídos y las comprobaciones del código de diseño se basen en supuestos compatibles. Una solución no lineal, al igual que una lineal, no proporciona por sí sola una respuesta de diseño o verificación. Los resultados deben someterse a un posprocesamiento adecuado y compararse con los requisitos definidos por los criterios del proyecto o la norma de diseño aplicables.

Por qué una solución no lineal convergente puede seguir siendo errónea

Uno de los errores más comunes en el análisis por elementos finitos no lineal es pensar que una solución convergente es necesariamente correcta.

La convergencia numérica significa simplemente que el solucionador ha cumplido los criterios de convergencia seleccionados y ha alcanzado el equilibrio de acuerdo con las tolerancias especificadas. Esto no demuestra que el modelo represente con precisión la estructura real ni que los resultados tengan sentido desde el punto de vista físico.

Por este motivo, los resultados no lineales siempre requieren una validación técnica. Entre las comprobaciones útiles se incluyen:

• Equilibrio de reacciones y cargas: ¿Cumplen las reacciones y las cargas aplicadas con el equilibrio general?
• Forma deformada plausible: ¿Tiene sentido desde el punto de vista físico el patrón de deformación?
• Respuesta carga-desplazamiento: ¿Se ajusta la respuesta al comportamiento estructural esperado, incluidos los cambios de rigidez o los efectos de inestabilidad?
• Sensibilidad a los incrementos de carga: ¿Se mantienen los resultados razonablemente coherentes cuando cambia la estrategia de variación de la carga?
• Sensibilidad a las tolerancias de convergencia: ¿Son sólidas las conclusiones o dependen en gran medida de los parámetros específicos del solucionador?
• Convergencia de la malla en zonas críticas: ¿No existen singularidades en el punto de interés?
• Sensibilidad a los parámetros de contacto: ¿Los pequeños cambios en las definiciones de contacto alteran significativamente la respuesta?
• Datos realistas sobre los materiales: ¿Son las propiedades no lineales del material representativas del comportamiento real del mismo?
• Comparación con una referencia lineal: ¿Difiere la respuesta no lineal por razones comprensibles desde el punto de vista físico?
• Comparación con cálculos manuales, datos de prueba o pruebas de rendimiento: ¿Pueden corroborarse los resultados mediante pruebas independientes?
• Identificación de artefactos de modelización: ¿Existen indicios de estabilización artificial, artefactos numéricos u otras suposiciones de modelización que influyan en la solución?

Análisis lineal y no lineal en la verificación estructural

El análisis de elementos finitos y la verificación estructural dan respuesta a diferentes cuestiones de ingeniería:

• El análisis por elementos finitos (FEA) permite predecir cómo responde una estructura según los supuestos del modelo;
• La verificación estructural determina si los elementos estructurales, las placas, las soldaduras, los pernos, las uniones y otros componentes cumplen los criterios de aceptación aplicables.

Por este motivo, el método de análisis y el método de verificación deben ser compatibles.

En función de los requisitos aplicables, las normas de diseño como DNV, el Eurocódigo 3, ASME y otras pueden tener en cuenta efectos tales como imperfecciones, excentricidades y comportamiento de segundo orden mediante factores prescritos, métodos simplificados o enfoques de análisis específicos. En muchos casos, esto significa que no es necesario realizar un análisis no lineal. Por lo tanto, los ingenieros deben confirmar qué método de análisis y qué magnitudes de resultado son adecuados para cada comprobación, y si los supuestos en los que se basa el análisis coinciden con los del procedimiento de verificación aplicable.

Esta distinción cobra especial importancia en el análisis no lineal. Dado que, por lo general, el principio de superposición ya no es válido, combinaciones de carga y los intervalos de resultados pueden comportarse de forma diferente a como lo harían en un análisis lineal. Los resultados no deben transferirse sin más desde una solución no lineal a una comprobación según la normativa que se haya desarrollado partiendo de supuestos distintos.

El reto no consiste únicamente en obtener los resultados del análisis, sino también en determinar cómo deben utilizarse dichos resultados para la verificación. SDC Verifier, un software de análisis por elementos finitos (FEA) destinado a la verificación estructural, está diseñado específicamente para esta etapa. Permite a los ingenieros utilizar los resultados del FEA obtenidos tanto con su solucionador Simcenter Nastran integrado como con Ansys Mechanical, Femap y Simcenter 3D, y combinarlos con comprobaciones automáticas del código, el cumplimiento de las normas y la elaboración de informes de ingeniería en un único flujo de trabajo.

El informe de verificación final debe documentar las no linealidades pertinentes, los supuestos relativos a los materiales y a los contactos, el método de resolución, el comportamiento de convergencia, las actividades de validación y los métodos de aceptación. SDC Verifier facilita este proceso mediante la generación automática de informes de ingeniería que recogen los supuestos de análisis, los resultados de la verificación y la documentación de apoyo en un formato estructurado y trazable.

Cómo contribuye SDC Verifier al flujo de trabajo

Una vez seleccionado el método de análisis adecuado, el siguiente paso consiste en configurar el análisis y vincular los resultados a la verificación estructural.

En SDC Verifier, un «Job» es un conjunto de cálculos que contiene cargas, combinaciones y opciones de cálculo definidas. Al crear un trabajo, puede seleccionar explícitamente el tipo de análisis requerido, entre los que se incluyen Estática lineal y estático no lineal .

Imagen: Ventana de la interfaz de SDC Verifier para seleccionar trabajos (Versión: SDC Verifier 2026 R1)

Imagen: Configuración de un trabajo estático lineal (Versión: SDC Verifier 2026 R1)

Imagen: Configuración de un trabajo estático no lineal (Versión: SDC Verifier 2026 R1)

Un flujo de trabajo no lineal típico comienza con la creación de un «Trabajo estático no lineal» y la definición de los parámetros de solución pertinentes. En función del problema, puede configurar:

• el número de incrementos de carga;
• el número máximo de iteraciones por paso;
• métodos de actualización de la rigidez;
• tolerancias de convergencia en cuanto a desplazamiento, carga y trabajo;
• estrategias de resolución tales como los métodos de Newton-Raphson completo o modificado, los métodos de longitud de arco, la búsqueda lineal, el método cuasi-Newton y las técnicas de bisección;
• fórmulas para grandes desplazamientos y grandes ángulos, cuando proceda.

Durante y tras el proceso de resolución, SDC Verifier le permite revisar tanto los resultados intermedios como los finales. Las categorías de resultados solicitadas pueden incluir desplazamientos, tensiones, cargas aplicadas, reacciones, fuerzas en los elementos y equilibrio de fuerzas, lo que le permite conocer cómo responde la estructura a lo largo de todo el análisis.

Los resultados del modelo obtenidos pueden utilizarse posteriormente en los flujos de trabajo de verificación estructural compatibles, entre los que se incluyen la revisión de modelos, la comprobación del cumplimiento de las normas, el procesamiento de resultados y la generación automática de informes. Esto permite a los ingenieros pasar de los resultados del análisis a la verificación documentada dentro de un único entorno, en lugar de tener que transferir manualmente los datos entre varias herramientas.

Además, si se resuelve un problema no lineal en Femap, Ansys u otro programa de análisis por elementos finitos (FEA), los resultados pueden importarse a SDC Verifier y someterse a un posprocesamiento mediante normas, informes y otras herramientas de verificación. Los usuarios también pueden desarrollar fórmulas personalizadas para posprocesar y comparar los resultados seleccionados.

Los modelos exactos de materiales no lineales, las formulaciones de contacto, los análisis de inestabilidad y los flujos de trabajo de verificación con códigos dependen del producto SDC Verifier seleccionado y de las capacidades del solucionador subyacente. No es necesario que sean compatibles de forma idéntica en SDC Verifier Standalone, SDC for Ansys, SDC for Femap y SDC for Simcenter 3D.

Norma de decisión definitiva

El mejor método de análisis no es el más sofisticado, sino aquel que permite identificar el comportamiento que realmente determina la decisión de ingeniería.

Utilice el análisis por elementos finitos lineal cuando sus supuestos sigan siendo representativos de la estructura física y sean compatibles con el enfoque de verificación requerido. En muchas aplicaciones, el análisis lineal no es una simplificación, sino un modelo de ingeniería adecuado.

Pase al análisis por elementos finitos no lineal cuando la deformación, el comportamiento del material, las condiciones de contacto, o bien la inestabilidad modifica la respuesta estructural de tal forma que afecta a la conclusión del diseño. La complejidad adicional solo se justifica cuando dichos efectos son relevantes para la cuestión que se está abordando.

No utilice modelos no lineales simplemente porque el solucionador ofrezca esa opción. Del mismo modo, no se limite a un modelo lineal solo porque se resuelva más rápido.

La responsabilidad final es siempre la misma: comprobar que el modelo reproduce el comportamiento estructural real y que las magnitudes resultantes son compatibles con el método de verificación seleccionado.

PREGUNTAS FRECUENTES

¿Es el análisis por elementos finitos no lineal siempre más preciso que el lineal?

No. Puede representar comportamientos que un modelo lineal no puede reproducir, pero solo cuando las entradas no lineales, los controles del solucionador, los datos de los materiales, los contactos y las condiciones de contorno sean adecuados y estén validados.

¿Cuáles son los tres tipos principales de no linealidad en el análisis por elementos finitos (FEA)?

No linealidad geométrica, de materiales y de condiciones de contacto o de contorno.

¿Cuándo debería pasar del análisis por elementos finitos lineal al no lineal?

Cuando la deformación modifica la rigidez o las trayectorias de carga, los materiales se salen del intervalo lineal previsto, las condiciones de contacto cambian, o bien el comportamiento de inestabilidad y colapso previo a la deformación plástica del material forma parte del problema de ingeniería.

¿Puede el análisis por elementos finitos lineal predecir el pandeo?

El análisis lineal de pandeo por valores propios permite estimar las cargas críticas idealizadas y los modos de pandeo probables. Por lo general, no tiene en cuenta las imperfecciones, los cambios progresivos en la rigidez ni el comportamiento posterior al pandeo.

¿Por qué no converge el análisis por elementos finitos no lineal?

Entre las causas más comunes se encuentran un comportamiento físico inestable, restricciones incorrectas, contactos poco realistas, datos de materiales inadecuados, incrementos de carga excesivos, una calidad deficiente de la malla y controles del solucionador inadecuados.

¿Se pueden utilizar los resultados del análisis por elementos finitos no lineal para las comprobaciones según las normas estructurales?

En ocasiones, aunque esto depende de la norma seleccionada, el estado límite, el método de análisis, el tipo de resultado y la aplicación de la comprobación. No se debe dar por sentada la compatibilidad, sino que es necesario confirmarla.

¿Deberían ejecutarse todos los modelos de análisis por elementos finitos (FEA) tanto de forma lineal como no lineal?

No. Una comparación no lineal resulta útil cuando existe una fuente plausible de no linealidad que podría influir en la decisión de ingeniería. No es necesaria cuando los supuestos lineales son claramente válidos.