Simulación de muelles

Abstract

Este trabajo presenta una herramienta para determinar la constante elástica de un muelle helicoidal utilizando modelos de elementos finitos en 1D y 3D. El objetivo es desarrollar una aplicación que siga una metodología que pueda calcular la constante elástica en función de las propiedades geométricas y mecánicas del muelle. El estudio se centra en muelles helicoidales con secciones circulares. La metodología implica la creación de la geometría del muelle y su discretización en elementos finitos utilizando el software Gmsh. Se consideran dos enfoques: un modelo en 1D y un modelo en 3D. El modelo en 1D representa el muelle como una serie de elementos viga, mientras que el modelo en 3D lo representa elementos que forman un volumen sólido. El software Code_Aster se utiliza para resolver el problema mecánico y obtener los resultados. Las simulaciones se validan mediante la comparación de las constantes elásticas calculadas con los valores proporcionados por los fabricantes de los muelles. El análisis incluye variaciones en el tamaño de la malla y considera diferentes modelos de muelles para evaluar la convergencia y precisión de los resultados. Los hallazgos demuestran que tanto el modelo en 1D como el modelo en 3D convergen hacia los valores teóricos de la constante elástica a medida que disminuye el tamaño de la malla. Sin embargo, el modelo en 3D proporciona resultados más precisos a costa de un mayor tiempo de cálculo. El modelo en 1D ofrece un buen equilibrio entre precisión y eficiencia. El trabajo resalta la importancia del tamaño de la malla para obtener resultados precisos e identifica un equilibrio entre precisión y coste computacional. También se discuten los aspectos críticos de la metodología y se presentan futuras líneas de investigación. Este estudio proporciona una herramienta para determinar la constante elástica de un muelle helicoidal mediante análisis de elementos finitos. Ofrece conocimientos sobre la precisión, eficiencia y aplicabilidad de los modelos, sentando las bases para futuros desarrollos que amplíen y mejores las capacidades de las aplicaciones obtenidas.

This work presents a tool for determining the spring constant of a helical spring using 1D and 3D finite element models. The aim is to develop an application that follows a methodology capable of calculating the spring constant based on the spring's geometric and mechanical properties. The study focuses on helical springs with circular cross-sections. The methodology involves creating the spring's geometry and discretizing it into finite elements using the Gmsh software. Two approaches are considered: a 1D model and a 3D model. The 1D model represents the spring as a series of beam elements, while the 3D model represents it as elements that form a solid volume. The Code_Aster software is used to solve the mechanical problem and obtain the results. Simulations are validated by comparing the calculated spring constants with the values provided by the spring manufacturers. The analysis includes variations in mesh size and considers different spring models to evaluate the convergence and accuracy of the results. The findings show that both the 1D and 3D models converge to the theoretical values of the spring constant as the mesh size decreases. However, the 3D model provides more accurate results at the cost of increased computation time. The 1D model offers a good balance between accuracy and efficiency. The work highlights the importance of mesh size for obtaining accurate results and identifies a balance between accuracy and computational cost. The critical aspects of the methodology are also discussed, and future lines of research are presented. This study provides a tool for determining the spring constant of a helical spring through finite element analysis. It offers insights into the accuracy, efficiency, and applicability of the models, laying the foundation for future developments that expand and improve the applications' capabilities.