Diseño de un metamodelo para la selección automatizada de materiales usando gráficos de Ashby en el desarrollo de un nuevo producto (2024)
La selección de materiales bajo el criterio de resistencia mecánica es una de las etapas más importantes en el proceso de diseño ya que una inadecuada selección del mismo, puede afectar directamente el rendimiento, la durabilidad y la viabilidad económica de un producto. En la actualidad existen diversos métodos disponibles que permiten guiar a los diseñadores hacia la selección de un determinado material teniendo en cuenta los requerimientos que debe cumplir el diseño en desarrollo; métodos que van desde el enfoque tradicional, donde la experiencia del diseñador es el principal criterio de elección, hasta métodos donde utilizan programas CAD y CAE con el fin de simular el diseño ante diversos escenarios y determinar el material más adecuado. No obstante, este último método requiere un uso considerable de recursos computacionales y tiempo, ya que implica que el diseñador debe realizar una simulación para cada material disponible, con el fin de analizar el comportamiento de cada uno y de esta manera evaluar cuál es el más apropiado para el diseño en cuestión. Por lo tanto, en el presente trabajo se propone un metamodelo que permita ahorrar recursos computacionales y tiempo al diseñador mediante un método en el cual, a partir del análisis de elementos finitos de un único material, se obtenga un parámetro estándar que se ajuste a las condiciones de prueba y así se puedan obtener valores aproximados del esfuerzo máximo de Von Mises para una lista de materiales a analizar. Esta herramienta aconsejaría que material podría seleccionar ya que le permitiría tener la predicción de los esfuerzos máximos de todos los materiales disponibles a seleccionar con solo haber ejecutado una vez el análisis de elementos finitos. El primer capítulo de este documento expone la motivación detrás de su elaboración, las razones que respaldaron la investigación y los objetivos planteados. El segundo capítulo ofrece un contexto sobre la importancia de los materiales a través de la historia, las metodologías para el diseño de un producto nuevo, los métodos empleados en la selección de materiales y la definición e importancia de los metamodelos. En el tercer capítulo presenta los modelos y metamodelos del método tradicional de Ashby para el criterio de resistencia mecánica, además del modelo y metamodelo de la selección de materiales basado en los resultados de elementos finitos. Al concluir este capítulo, se presenta un modelo y metamodelo que proporciona al diseñador una visión global aproximada sobre qué material sería más adecuado para satisfacer los requisitos de resistencia mecánica, basándose en la aproximación de los esfuerzos máximos de Von Mises. Estos valores se estiman utilizando parámetros específicos propuestos los cuales se alimentan de la información suministrada por la realización de una sola simulación de análisis de elementos finitos. Finalmente, se presentan las limitaciones del metamodelo propuesto junto con las conclusiones y las referencias bibliográficas.