Optimización topológica aplicada al diseño de componentes plásticos inyectados reforzados con fibra corta

Resumen

El desarrollo experimentado por los modelos discretos de cálculo basados en el método de los elementos finitos se ha visto acompañado de un auge en las soluciones de optimización topológica estructural. Maximizar la rigidez con la mínima masa es el principal hito que conseguir por parte de los diseñadores. Las restricciones propias del proceso de fabricación en componentes inyectados, como el rango admisible de espesores y el ángulo de desmoldeo, permiten obtener diseños cercanos al componente final cuando se utilizan materiales isótropos. Sin embargo, la no isotropía propia de un material reforzado con fibra corta implica la realización iterativa de fases de optimización, diseño, análisis reológico y validación mecánica, dado que la orientación de fibra es inicialmente desconocida y, a su vez, depende de la solución topológica adoptada. En este trabajo se muestra cómo la implementación de un algoritmo de diagnóstico de espesores permite predecir la orientación de fibra local y optimizar de acuerdo con propiedades mecánicas definidas direccionalmente. Al integrarse en el proceso de optimización, se reduce el número de iteraciones necesarias para alcanzar un modelo mecánicamente válido.