Análisis de rotura y fallos en piezas: ¿Cómo evitar caros errores de diseño?

Los fallos en piezas pueden originarse por diversos factores, incluyendo sobrecarga, vibraciones, defectos de diseño y fallos por impacto. Identificar estas causas es esencial para mejorar la fiabilidad del diseño y evitar costosos errores en la fabricación.

• Sobrecarga: Se produce cuando una pieza soporta más esfuerzo del que fue diseñada para resistir, lo que puede provocar deformaciones permanentes o fracturas. Herramientas como CalculiX permiten realizar análisis estáticos para evaluar la distribución de tensiones y garantizar que la pieza cumpla con los requisitos estructurales antes de la fabricación.
• Vibraciones y resonancia: Las oscilaciones mecánicas pueden provocar fallos cuando coinciden con las frecuencias naturales de la pieza, causando deformaciones excesivas o aflojamiento de uniones. En estructuras sometidas a cargas dinámicas, como bases de maquinaria, un diseño inadecuado puede amplificar las vibraciones y reducir la vida útil del sistema. Mediante el análisis modal en CalculiX, se pueden identificar las frecuencias críticas y optimizar la geometría para evitar resonancias peligrosas.
• Defectos de diseño: Geometrías mal optimizadas pueden generar concentraciones de tensión en zonas críticas, reduciendo la resistencia mecánica y aumentando la probabilidad de fallo. Diseños deficientes en uniones, radios de curvatura demasiado pequeños o cambios bruscos de sección pueden actuar como puntos débiles. Mediante simulaciones, es posible detectar estos problemas y rediseñar la pieza para mejorar la distribución de esfuerzos.
• Fallos por impacto: Algunas piezas deben soportar golpes sin sufrir daños estructurales. En productos como embalajes protectores, carcasas de dispositivos o estructuras sometidas a colisiones, una resistencia insuficiente al impacto puede hacer que el contenido interno se dañe o que la pieza falle prematuramente. Con OpenRadioss, es posible simular impactos de alta velocidad, analizar la absorción de energía y optimizar el diseño para mejorar la resistencia sin aumentar el peso ni los costes de producción.

Un diseño inadecuado no solo compromete la funcionalidad de una pieza, sino que también puede generar altos costes de reparación, reemplazo y responsabilidad legal. La aparición de fallos en producción puede afectar gravemente a pequeñas y medianas empresas (pymes), impactando su rentabilidad y reputación.

• Paradas en producción: Un fallo inesperado puede detener un proceso de fabricación, generando retrasos y aumentando los costes operativos.
• Costes de retirada y reprocesado: Si un fallo se detecta después de la entrega, es posible que sea necesario retirar el producto o modificarlo, incurriendo en gastos adicionales de material y mano de obra.
• Reclamaciones legales: En sectores donde la seguridad es crítica, los fallos pueden derivar en demandas que afectan la estabilidad financiera de la empresa.
• Pérdida de clientes y reputación: Un historial de fallos puede hacer que los clientes busquen alternativas más fiables, afectando la competitividad de la empresa en el mercado.

El software de simulación permite predecir y evitar fallos antes de la fabricación, mejorando la eficiencia del diseño y reduciendo los costes de desarrollo. Además, muchas normativas industriales exigen que los productos cumplan con pruebas de resistencia específicas, lo que hace imprescindible la simulación para garantizar el cumplimiento normativo.

• Análisis de tensiones y deformaciones (CalculiX): Identifica zonas de alta concentración de esfuerzos y verifica la resistencia estructural bajo cargas estáticas.
• Análisis modal y vibraciones (CalculiX): Detecta frecuencias naturales que pueden generar resonancia y afectar la estabilidad estructural.
• Simulación de impacto (OpenRadioss): Evalúa la resistencia de una pieza ante golpes o caídas, permitiendo optimizar el diseño para absorber energía sin fracturarse.
• Optimización de geometría para evitar concentraciones de tensiones: Mediante simulaciones iterativas, se pueden detectar zonas críticas con alta acumulación de esfuerzos y rediseñar la pieza para distribuir mejor las tensiones.

Para minimizar el riesgo de fallos en las piezas, es fundamental seguir un enfoque estructurado de diseño y validación. Aplicar buenas prácticas desde las primeras etapas del desarrollo mejora la seguridad y la eficiencia del producto final.

• Aplicación de factores de seguridad: Garantiza que las piezas soporten variaciones en las condiciones de uso.
• Pruebas de carga, vibraciones e impacto: Antes de la producción en serie, se deben realizar ensayos físicos que validen el comportamiento real de la pieza.
• Revisión de diseño y análisis de fallos: Implementar procesos de revisión colaborativa con ingenieros y expertos permite detectar debilidades antes de la fabricación.
• Combinación de simulación con ensayos físicos: Aunque las herramientas digitales ofrecen predicciones precisas, siempre es recomendable validar los resultados con pruebas experimentales.