Femap es un software completamente integrado de análisis de elementos finitos (FEA) desarrollado por Siemens PLM Software. Permite abordar de manera integral el proceso de análisis por elementos finitos, que incluye:
Preprocesamiento:
- Modelado CAD avanzado en 2D y 3D para la generación de geometrías de análisis. Permite importar modelos CAD de la mayoría de formatos estándar.
- Potentes herramientas de generación de mallas con funciones automatizadas y adaptativas. Permite obtener mallas de alta calidad para geometrías complejas.
- Amplias librerías de elementos finitos (sólidos, vigas, resortes) y condiciones de contorno para representar virtualmente cualquier configuración de carga y sujeción.
- Contempla gran variedad de interacciones no lineales como contacto, grandes deformaciones, plasticidad, etc.
Análisis:
- Solvers acoplados para análisis estático, modal, armónico, transitorio, espectral y de pandeo.
- Interfaz directa con diversos motores de cálculo externos como Nastran, Abaqus, Ansys, LS-Dyna. Permite elegir el más adecuado según aplicación.
Post-procesamiento:
- Completas herramientas de visualización y animación de resultados.
- Extracción automatizada de datos para la generación de gráficos y reportes.
- Interfaz Python para customizar el flujo de trabajo y automatizar tareas.
En definitiva, Femap está diseñado para modelar y simular virtualmente el comportamiento de diseños ingenieriles bajo diversas condiciones de carga, extrayendo los datos para una óptima toma de decisiones.
10 Características Claves de FEMAP
Femap es un software de análisis de elementos finitos que se caracteriza por su amplia capacidad, versatilidad e integración en todas las etapas del proceso. Femap es el primer pre- y postprocesador basado en Windows independiente de CAD para análisis de elemento finito de ingeniería avanzada.
Las principales características de Siemens FEMAP son:
1. Modelado CAD paramétrico:
El modelado CAD paramétrico es un método de diseño asistido por computadora (CAD) que permite a los diseñadores cambiar las dimensiones y las características de un modelo de manera fácil y rápida.
En lugar de tener una pieza con dimensiones fijas, en el modelado paramétrico, las dimensiones son variables (X, Y, Z) que pueden ser editadas.
Este tipo de modelado se basa en la definición de parámetros y reglas lógicas. Los parámetros son datos necesarios para valorar un elemento.
Por ejemplo, si estás diseñando una puerta, puedes parametrizar el ancho de la puerta, lo que te permitirá crear diferentes tipos de puertas (60 cm, 70 cm, 80 cm, etc.) simplemente cambiando el valor del parámetro.
El Modelado CAD paramétrico con Femap permite generar modelos CAD de piezas y ensambles en 2D y 3D de manera paramétrica, donde las dimensiones y la geometría se pueden modificar fácilmente.
- Beneficio clave: Facilita la iteración de diseños y la generación rápida de variantes.
- Métricas: > 100 parámetros dimensionales por pieza.
2. Mallado adaptable
El mallado adaptable es una técnica avanzada utilizada en el diseño asistido por computadora (CAD) que permite refinar automáticamente la malla en áreas donde los resultados no cumplen con ciertos criterios predefinidos.
Esta técnica es especialmente útil cuando se trabaja con geometrías complejas o se espera una respuesta no lineal. En otras palabras, el mallado adaptable ajusta la malla según las necesidades del análisis, lo que puede mejorar la precisión de los resultados en áreas críticas del modelo.
Por ejemplo, si estás analizando el estrés en una estructura y hay una región con un alto gradiente de estrés, el mallado adaptable podría refinar la malla en esa región para obtener resultados más precisos.
Femap usa mallado con controles adaptables y mallas híbridas que permiten obtener la discretización adecuada en cada zona según requerimientos.
- Beneficio clave: Precisión de resultados con costo computacional optimizado.
- Métrica: 10-50% menos elementos que métodos estándar.
3. Solvers multifísica
Los solvers multifísica son herramientas de simulación que permiten analizar y predecir el rendimiento de un producto en condiciones del mundo real, teniendo en cuenta múltiples fenómenos físicos. Estos solvers pueden abordar problemas de ingeniería complejos que requieren soluciones que abarcan muchas disciplinas de la ingeniería.
Los solvers multifísica agrupan solvers de primera clase en una sola plataforma, lo que hace que los análisis de multifísica sean más seguros, eficaces y fiables. Los resultados de un análisis pueden transferirse fácilmente al siguiente.
Existen diferentes niveles de acoplamiento en los solvers multifísica:
- Intercambio de datos unidireccional: En este caso más sencillo, la física puede estar débilmente acoplada, y es preciso y fácil encadenar las distintas soluciones físicas.
- Intercambio de datos bidireccional: Cuando hay un acoplamiento más fuerte entre las físicas, no pueden tratarse por separado y se requiere una solución más estrechamente acoplada.
- Acoplamiento integrado: El nivel de acoplamiento más importante es aquel en el que el solver computa ambas físicas de forma integrada.
Siemens Femap acopla solvers internos y externos para realizar simulaciones que involucran interacción entre diversos fenómenos físicos.
- Beneficio clave: Permite analizar sistemas multi-dominio de manera integral.
- Métrica: 12 fenómenos físicos compatibles.
4. Optimización topológica
La optimización topológica es un método de optimización de la forma que usa modelos algorítmicos para optimizar la organización del material dentro de un espacio definido por el usuario para un conjunto dado de cargas, condiciones y limitaciones.
En el contexto de la gestión del ciclo de vida del producto (PLM), la optimización topológica se utiliza para mejorar la eficiencia y el rendimiento de los diseños de productos. El objetivo principal es eliminar el material sobrante de las zonas que no necesitan soportar cargas considerables para reducir el peso o resolver desafíos de diseño como reducir la resonancia o el esfuerzo térmico.
Los diseños producidos mediante optimización topológica a menudo incluyen formas libres y detalladas que resultan complicadas o imposibles de fabricar con los métodos de producción tradicionales. Sin embargo, los diseños de optimización topológica son perfectos para los procesos de fabricación aditiva que tienen reglas de diseño menos estrictas y que pueden reproducir fácilmente formas complejas sin costes adicionales.
La optimización topológica es una técnica englobada dentro del campo de análisis estructural. Se basa en el análisis mecánico de un componente o estructura. Su principal objetivo es el aligeramiento estructural manteniendo las funcionalidades mecánicas del componente objetivo.
Gracias a los nuevos métodos computacionales, es posible llevar la optimización a un nivel más complejo de análisis a nivel estático, dinámico, plástico, modal o de impacto, entre otros, los cuales pueden considerarse durante el proceso de optimización.
Femap provee algoritmos de optimización topológica para obtener diseños óptimos sujetos a restricciones de carga, volumen de material, etc.
- Beneficio clave: Pieza más ligera y eficiente para requerimientos dados.
- Métrica: Reducción de masa típica 10-40%.
5. Automatización programable:
La automatización programable en CAD puede ser especialmente útil en el diseño de productos que tienen muchas variantes o donde se requiere la optimización de ciertos parámetros de diseño. Al automatizar estas tareas, los diseñadores pueden ahorrar tiempo, reducir errores y centrarse en aspectos más creativos y desafiantes del diseño.
Femap provee una interfaz Python para personalizar, automatizar flujos de trabajo y conectar con otros sistemas.
- Beneficio clave: Maximiza productividad al eliminar tareas repetitivas.
- Métrica: >500 funciones Python.
6. Análisis de sensibilidad paramétrica
El análisis de sensibilidad paramétrica es una técnica que permite estudiar cómo la variación en los parámetros de entrada de un modelo afecta los resultados de la simulación. Este análisis es útil para entender la relación entre las entradas y las salidas del modelo, y para identificar qué parámetros tienen el mayor impacto en los resultados.
En el contexto de FEMAP, un software de análisis por elementos finitos, los parámetros de entrada pueden incluir propiedades del material, condiciones de carga, condiciones de contorno, entre otros. Al variar estos parámetros dentro de un rango especificado, se puede observar cómo cambian los resultados del análisis, como los desplazamientos, las tensiones, las deformaciones, etc.
El análisis de sensibilidad paramétrica puede ser especialmente útil en el diseño de productos y en la optimización de procesos, ya que permite identificar qué parámetros son críticos para el rendimiento del sistema y dónde se deben enfocar los esfuerzos de mejora.
FEMAP provee estudios paramétricos y de sensibilidad para evaluar la respuesta ante variaciones en múltiples parámetros de entrada.
- Beneficio clave: Determina parámetros críticos e incertidumbres en los resultados.
- Métrica: Hasta 500 casos de carga paramétricos en una sola ejecución.
7. Post-proceso avanzado
El post-proceso avanzado en FEMAP se refiere a la capacidad de este software para visualizar y manejar los resultados obtenidos por el solver. FEMAP puede preprocesar y postprocesar resultados de análisis por elementos finitos realizados con los programas MEF más importantes del mercado.
En la fase de post-procesado, FEMAP ofrece una amplia gama de herramientas para visualizar y graficar los resultados. Esto incluye la capacidad de leer los resultados que ofrece el solver y usar una amplia gama de herramientas para visualizar y graficar los resultados.
Estas herramientas de post-procesamiento pueden incluir la visualización de desplazamientos, tensiones, deformaciones, modos de vibración, entre otros. También pueden incluir la capacidad de generar informes detallados de los resultados del análisis.
En resumen, el post-proceso avanzado en FEMAP es una herramienta poderosa que permite a los ingenieros entender y analizar los resultados de sus simulaciones de una manera más eficiente y efectiva.
- Beneficio clave: Interpretación rápida y precisa de resultados de alta dimensión.
- Métrica: 12 modalidades de visualización distintas.
8. Gestión de datos y colaboración
FEMAP provee una Interfaz con sistemas PDM y bases de datos, para administrar y compartir modelos de análisis entre grupos de trabajo multidisciplinarios.
- Beneficio clave: Incrementa la eficiencia del proceso de diseño colaborativo.
- Métrica: Compatible con 8 sistemas PDM líderes.
9. Personalización GUI
FEMAP provee una interfaz gráfica customizable donde el usuario controla ubicación de barras de herramientas, vistas gráficas, paletas, etc.
- Beneficio clave: Entorno GUI adaptado a flujos de trabajo y preferencias específicas.
- Métrica: >64 elementos GUI configurables.
10. Cloud computing
FEMAP facilita la conectividad con plataformas de computación en la nube para ejecutar simulaciones que demandan alto poder de procesamiento.
- Beneficio clave: Escalabilidad y performance mejorados aprovechando recursos hardware en la nube.
- Métrica: Reduce el tiempo de solución hasta en 8 veces.
¿Cuánto cuesta FEMAP?
Femap ofrece un plan de suscripción mensual que comienza en $539 por mes. Las licencias perpetuas comienzan en $8,000, pero se requieren tarifas anuales de mantenimiento y soporte para acceder al soporte.
Femap también ofrece una edición gratuita para estudiantes.
¿Cuáles son los requisitos mínimos para Femap?
Femap no tiene requisitos de hardware especiales más allá de los requeridos por Windows.
Los requisitos mínimos son:
- Computadora y CPU: Mínimo requerido para el sistema operativo Windows y el adaptador de gráficos
- Memoria y RAM: 4 GB mínimo para Windows de 64 bits. Para modelos más grandes, se recomiendan al menos 8 GB
- Archivos de modelo, archivos borrador Femap y NX Nastran: 10 GB
Para ejecutar FEMAP para PC, necesita al menos Windows 7.
¿Quién es propietario de FEMAP?
Siemens Digital Industries Software es propietaria de Femap. Femap forma parte de la cartera de productos de Simcenter y se utiliza en la industria desde hace más de 30 años.
¿Qué relación hay entre FEMAP y Nastran?
FEMAP y Nastran están estrechamente relacionados y a menudo se utilizan juntos en el campo del análisis por elementos finitos.
FEMAP es un preprocesador y postprocesador. Como preprocesador, FEMAP se utiliza para preparar el modelo para el análisis, lo que incluye la definición de la geometría, las propiedades del material, las condiciones de contorno, las cargas, etc.
Como postprocesador, FEMAP se utiliza para visualizar y analizar los resultados obtenidos del solver.
Nastran, por otro lado, es un solver. Su trabajo es tomar el modelo preparado por el preprocesador y resolver las ecuaciones que describen el comportamiento físico del sistema.
FEMAP y Nastran a menudo se utilizan juntos en un paquete llamado “Femap with Simcenter Nastran“. Este paquete combina la funcionalidad avanzada del preprocesador y postprocesador de FEMAP con el potente solver de Nastran. Esto permite a los ingenieros acceder a una mayor profundidad de funcionalidad de análisis para resolver problemas de ingeniería complejos de manera fácil y eficiente.
Comparación entre Femap y Ansys
Femap y Ansys son dos de los softwares de elementos finitos más utilizados en la industria. A continuación una comparación entre sus capacidades:
Modelado CAD:
- Femap tiene excelentes herramientas de modelado paramétrico en 2D y 3D que facilitan la iteración de diseños. Ansys también posee buenas capacidades de CAD, aunque más orientadas a la ingeniería de análisis.
Mallado:
- -Ambos permiten generar mallas sólidas de alta calidad, pero Femap provee mayor control y automatización del proceso de mallado.
Solvers:
- Ansys es superior en solvers especializados según dominio físico (estructural, térmico, CFD, electromagnético). Femap tiene también amplia gama de solvers acoplados.
Post-proceso:
- Femap destaca en funcionalidades de post-proceso, visualización de resultados y generación de reportes. Ansys también posee amplias capacidades.
Customización:
- -Femap permite mayor personalización de flujos de trabajo vía Python. Ansys tiene también API de programación extensa.
Usuarios:
- -Ansys es más utilizado entre especialistas en elementos finitos. Femap tiene mayor adopción entre ingenieros de diseño.
Curva de aprendizaje:
- Ansys posee mayor curva de aprendizaje por su extensa funcionalidad. Femap es más sencillo de adoptar para usuarios nuevos.
En definitiva, Ansys es superior en capacidades analíticas puras mientras que Femap equilibra mejor facilidad de uso con funcionalidades de ingeniería de análisis. La elección depende del caso de uso específico.
¿Cómo funciona el mallado adaptable en CAD?
El mallado adaptable es una técnica avanzada en el diseño asistido por computadora (CAD) que ajusta la malla de un modelo en función de los resultados del análisis.
¿Cómo funciona?
1. Análisis inicial: Primero, se realiza un análisis con una malla inicial. Esta malla puede ser uniforme o puede estar refinada en áreas donde se espera que ocurran fenómenos interesantes.
2. Evaluación de resultados: Luego, los resultados del análisis se evalúan en función de ciertos criterios predefinidos. Estos criterios pueden estar relacionados con la precisión requerida, el gradiente de ciertas cantidades (como el estrés o la temperatura), entre otros.
3. Refinamiento de la malla: Si los resultados no cumplen con los criterios predefinidos, la malla se refina automáticamente en las áreas correspondientes. Esto significa que se añaden más elementos a la malla en esas áreas, lo que permite una representación más detallada del modelo.
4. Análisis repetido: El análisis se repite con la malla refinada y los resultados se vuelven a evaluar. Este proceso se repite hasta que los resultados cumplen con los criterios predefinidos.
El mallado adaptable es especialmente útil cuando se trabaja con geometrías complejas o se espera una respuesta no lineal. Al ajustar la malla según las necesidades del análisis, esta técnica puede mejorar la precisión de los resultados en áreas críticas del modelo.
¿Qué tipos de problemas pueden resolverse con solvers multifísica?
Los solvers multifísica pueden resolver una amplia gama de problemas industriales complejos que requieren soluciones que abarcan muchos fenómenos físicos en varias disciplinas de la ingeniería. Aquí te menciono algunos ejemplos de los tipos de problemas que pueden resolverse con solvers multifísica:
- Problemas de acoplamiento termo-estructural: Estos problemas implican la interacción entre la temperatura y la deformación estructural. Por ejemplo, el calentamiento de una estructura puede causar su expansión, lo que a su vez puede afectar la distribución de la temperatura.
- Problemas de acoplamiento fluido-estructural: Estos problemas implican la interacción entre un fluido y una estructura. Por ejemplo, el flujo de aire alrededor de un avión puede causar fuerzas aerodinámicas que afectan la deformación de las alas.
- Problemas de acoplamiento electromagnético-térmico: Estos problemas implican la interacción entre los campos electromagnéticos y la temperatura. Por ejemplo, en un transformador eléctrico, la corriente que fluye a través de las bobinas puede generar calor, lo que a su vez puede afectar la eficiencia del transformador.
- Problemas de acoplamiento acústico-estructural: Estos problemas implican la interacción entre las ondas acústicas y una estructura. Por ejemplo, el ruido generado por una máquina puede causar vibraciones en una estructura cercana.
Estos son solo algunos ejemplos. Los solvers multifísica son herramientas poderosas que pueden manejar una amplia gama de problemas de ingeniería complejos.
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