El uso de NX permite que el diseño y el análisis trabajen juntos de manera más eficiente y productiva

Producto: NX CAD, Simcenter 3D
Industria: Aeroespacial y Defensa

Durante más de 30 años, los ingenieros de ATA Engineering, Inc., (ATA), han proporcionado análisis y soluciones de diseño controladas por pruebas para productos estructurales, mecánicos, electromecánicos y aeroespaciales. La empresa ha trabajado en una amplia variedad de proyectos, incluidos parques de diversiones, dispositivos biomédicos y componentes electrónicos.

La mayor parte del trabajo de ATA Engineering se realiza en la industria aeroespacial, para clientes como Orbital Sciences, Lockheed Martin Space Systems, Pratt & Whitney, NASA, Jet Propulsion Laboratory, Air Force Research Laboratory y General Atomics. En este trabajo no hay espacio para errores: es fundamental cumplir las especificaciones de manera precisa, a la vez que se enfrentan plazos estrictos. Los ingenieros de ATA a menudo deben enfrentarse a ejecuciones de producción cortas, a veces incluso para una sola unidad, como un componente de satélite. Es forzoso que lo hagan bien la primera vez.

El personal de ATA ha utilizado Software NX™ durante muchos años. Sin embargo, recientemente aplicaron la versión másreciente de software NX de diseño asistido por computadora (CAD) e ingeniería asistida por computadora (CAE) a estructuras complejas del mundo real utilizando tres casos representativos y encontraron mejoras significativas en cuanto al ahorro de tiempo y esfuerzo durante los ciclos de diseño, análisis y actualización.

La ingeniero de ATA Allison Hutchings lo define así: “Las estructuras del mundo real tienen definiciones de diseño complejas y requerimientos de análisis desafiantes, y ambos cambian constantemente. NX permite sobrellevar los cambios de manera eficiente y productiva”.

Cambio de los parámetros de modelo sin recreación de la geometría

El primer caso de uso implicaba el mallado de un modelo de reflector de rejilla isométrica, como los que se diseñan para su montaje en una nave espacial. La geometría isométrica brinda ventajas para las estructuras espaciales que deben ser rígidas, livianas y duraderas, pero el gran número de superficies implica que la definición de la geometría inicial del modelo CAD y el modelo CAE puede ser tediosa. Cuando se debe actualizar el diseño, como al alterar el diámetro, la longitud focal y la medida de las celdas en este caso, “estos cambios pueden causar graves dolores de cabeza”, indica Hutchings. En muchos casos, es posible que se deba volver a crear completamente la geometría en lugar de simplemente actualizarla para incorporar las dimensiones nuevas.

Al aprovechar Synchronous Technology que brinda NX junto con un enfoque inteligente a la definición de diseño original, sin embargo, se evita estos problemas. Varias técnicas, como patrones y expresiones, facilitaron la parametrización directa de definiciones clave de la geometría en NX CAD y esta capacidad se aprovechó directamente para el mallado y el análisis. Como resultado, se actualizó automáticamente un 100 por ciento de la geometría y un 96 por ciento del remallado se realizó automáticamente cuando el modelo de elemento finito (FEM) asociado se actualizó a la geometría nueva. Limpiar el 4 por ciento restante fue relativamente rápido y fácil, particularmente en comparación a la necesidad de recrear el FEM por completo.

El segundo caso de uso fue un modelo de soporte ligero. Debido a que el peso es un factor apremiante en los diseños aeroespaciales, el ingeniero debe luchar con objetivos competitivos para mantener el soporte lo más ligero posible y que a la vez cumpla requisitos de rigidez y mantenga la capacidad de manejar las cargas necesarias. El proceso a menudo tiene como resultado soportes con geometría compleja.

En el Análisis de Elementos Finitos (FEA, por sus siglas en inglés), la práctica estándar es “idealizar” la geometría, eliminando los detalles y características que no afectan el análisis. Se hace para ahorrar tiempo de cálculo, pero a menudo es necesario repetir el proceso de idealización cada vez que se actualiza la pieza.

Con NX, este paso adicional se puede evitar. Para esta tarea, después de que se cambiaron las dimensiones de la pieza, el 93 por ciento se idealizó y actualizó automáticamente. Aunque los cambios que se llevaron a cabo en el soporte fueron relativamente simples, el ahorro de tiempo y esfuerzo fue notable: la idealización automatizada de la actualización fue más de 100 veces más rápida que el proceso manual y el mallado del modelo actualizado fue al menos 3 veces más rápido.

Actualización de la geometría en minutos

El tercer caso de uso se centró en el modelo de un freno de aire existente: un ensamble que permite que un avión reduzca su velocidad para aterrizar al generar un flujo de salida turbulento desde una boquilla de derivación del ventilador y además facilita que el aterrizaje del avión sea más lento, desde un ángulo más inclinado, lo que reduce el ruido general.

Los ángulos de las aspas dentro del freno de aire pueden tener un efecto drástico sobre el desempeño del freno de aire bajo diferentes condiciones. Al alterar estos ángulos en el modelo, el analista puede evaluar dichos efectos. En este caso, las aspas prismáticas se rotaron para analizar configuraciones entre los 0 y los 25 grados. Con NX, en lugar de llevar a cabo un tedioso proceso manual de remodelación del sistema completo, Hutchings simplemente cambió el parámetro de ángulo del aspa y pudo actualizar la geometría en minutos, ya que la pieza idealizada se ajustó automáticamente al ángulo nuevo. Hutchings comenta, “se conserva el mallado de mapa, creando una malla idéntica en las superficies de las aspas entre todos los ángulos, luego, el modelo CAD se propaga al FEM y la malla se actualiza en minutos.

En los tres casos, las nuevas características de NX hicieron posible llevar a cabo actualizaciones de la geometría rápidamente, afirma Hutchings. “Pudimos parametrizar la definición de diseño, crear un modelo de análisis estructural aprovechando el diseño para requerimientos de análisis específicos, actualizar los parámetros de diseño y propagar los cambios al modelado de análisis mucho más rápido de lo que habría sido remodelado”.

Ingeniería más eficiente con diseño y análisis integrados

“Todos estos son problemas que creíamos difíciles de resolver anteriormente”, afirma Hutchings. En el pasado, la actualización del modelo de elemento finito debido a cambios de la geometría implicaría la remodelación de los cambios en CAD, la reidealización del modelo y el remallado para crear el FEM, o algunos cambios manuales muy complejos en el mallado. Ambas opciones tomaban bastante tiempo. “Las recientes incorporaciones a NX han facilitado mucho estos esfuerzos. El grado de conexión que NX hace posible entre el diseño y el análisis soporta de manera más eficiente la ingeniería en comparación al uso de procesos de elemento finito no integrados”, declara.

Los problemas que Hutchings examinó ilustran las ventajas de trabajar con la gama NX integrada. No se trata solamente de una mejora en la velocidad de actualización, sino que además la posibilidad de error entre el modelo CAD y el modelo de elemento finito también es menor debido a la manera en que están vinculados. “Si se trabaja con especificaciones de diseño en cambio constante, es muy rápido y fácil modificar dimensiones y cambiar parámetros con NX, sin necesidad de volver a crear los modelos de elemento finito”, comenta. “Esto ahorra muchísimo tiempo y esfuerzo en tareas tediosas, además de brindar confianza en que el modelo se actualizará a la definición de diseño correcta”.