¿Qué es un mallado en FEA y cuántos tipos existen?

El mallado es uno de los componentes clave para obtener resultados precisos de un modelo FEA. Los elementos de la malla deben tener en cuenta muchos aspectos para poder discretizar los gradientes de tensión con precisión.

Normalmente, cuanto menor es el tamaño y mayor el número de elementos de la malla, más precisa es la solución, ya que los diseños se muestrean mejor en los dominios físicos. La compensación es que cuanto mayor es la precisión, más grandes se vuelven las simulaciones y, por lo tanto, los tiempos de resolución se extienden.

Estas piezas más pequeñas se denominan elementos (finitos). Los elementos están conectados entre sí en los nodos. Estos elementos y nodos también se llaman mallas. El ensamblaje de elementos y nodos es llamado modelo de elementos finitos.

Propiedades de los Elementos

Los elementos de malla pueden ser elementos 1D, 2D o 3D en función del modelo a simular. El modelo FEA es siempre un modelo tridimensional, por lo que si es 1D o 2D se utilizan elementos, es necesario definir 1 o 2 dimensiones en para ser analizado.

Estas dimensiones están definidas por las propiedades del elemento.

Elementos 1D

Los elementos 1D se utilizan cuando la longitud de la estructura es 8 ~ 10 veces mayor que su ancho y espesor y cuando las cargas externas se aplican solo a las juntas.

Hay 3 tipos de elementos 1D:

  • • Elemento de varilla: solo realizar compresión
  • • Elemento de celosía (barra): realiza tensión y compresión
  • • Elemento de viga: asumir tensión, compresión, cortante
  • y momento

Las propiedades de sección y material deben asignarse para
elementos.

Elementos 2D

Los elementos 2D se utilizan cuando la longitud y el ancho de la estructura es significativamente mayor que su espesor.

Hay diferentes tipos de elementos 2D:

  • • Placa: elemento 2D general
  • • Membrana: no se dobla
  • • Superficie: sin espesor
  • • Deformación plana: la deformación normal a la superficie es 0
  • • Carcasa compuesta: elementos de placa 2D con capas compuestas

Elementos 3D

Es necesario asignar propiedades de espesor y material para elementos

Las propiedades de los elementos 3D solo están presentes para asignar materiales y sistemas de coordenadas de materiales a mallas 3D.

Hay 2 tipos principales de elementos 3D, elementos tetraédricos (4 caras, 4 nodos) y elementos hexaédricos (6
caras, 8 nodos).

Los elementos de segundo orden, también llamados elementos cuadráticos, agregan 1 nodo medio a cada borde.

El cálculo es más preciso para elementos hexaédricos que para elementos tetraédricos. Y es más precisa para elementos de segundo orden porque la función de aproximación será cuadrática en lugar de lineal.