En ingeniería mecánica se entiende como optimización topológica cuando se diseña una pieza o parte mecánica especialmente para maximizar o minimizar alguna característica deseada. Por ejemplo, cuando se diseña una parte específica de una máquina y se desea obtener el menor peso posible asegurando la rigidez y la resistencia adecuada. El conseguir la máxima rigidez en el diseño de piezas y estructuras es muy importante, pues permite reducir el peso final del elemento mecánico o estructural, y partes mecánicas de bajo peso implican menores costos por material y mayor optimización de los recursos.

En la actualidad, la optimización topológica es usada en las industrias aeroespacial, automotriz, de obras civiles, entre otras. Además, tiene un papel muy importante en el campo de las micro y nanotecnologías, principalmente, en el diseño de mecanismos flexibles.

El estudio de topología en SolidWorks Simulation realiza una optimización de la topología no paramétrica de las piezas. A partir de un espacio de diseño máximo (que representa el tamaño máximo permitido para un componente), y considerando todas las cargas, sujeciones y restricciones de fabricación aplicadas, la optimización de la topología busca una nueva implantación de materiales dentro de los límites de la geometría máxima permitida mediante la redistribución del material. El componente optimizado cumple todos los requisitos mecánicos y de fabricación requeridos.

Con un estudio de topología, se puede establecer un objetivo de diseño para encontrar la mayor rigidez al cociente de peso, minimizar la masa o reducir el desplazamiento máximo de un componente. Además del objetivo de optimización, se pueden definir restricciones de diseño para asegurarse de que se cumplan las propiedades mecánicas necesarias, como la desviación máxima, el porcentaje de masa eliminada y los procesos de fabricación.

En función de la configuración del objetivo de optimización, los controles de fabricación, la malla, las cargas y las condiciones de contorno, el proceso de optimización generará un diseño aceptable derivado del espacio de diseño máximo inicial cumpliendo con los parámetros y restricciones deseadas.

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Un sólido alterado de su posición de descanso tiende a vibrar a ciertas frecuencias denominadas naturales o resonantes. Para cada frecuencia natural, el sólido adquiere una determinada forma, denominada forma modal. 

En teoría, un sólido tiene un número infinito de modalidades. En FEA (Análisis de Elementos Finitos), teóricamente existen tantas modalidades como grados de libertad (GDL). En la mayoría de los casos, sólo se tienen en cuenta unas cuantas modalidades.

El Análisis Modal es una técnica para determinar las características dinámicas del sistema y así utilizarlas para formular un modelo matemático que represente su comportamiento. El análisis modal está basado en el hecho de que la respuesta de vibración de un sistema lineal dinámico de tiempo invariante, puede ser expresada como la combinación lineal de movimientos simples armónicos, llamados modos naturales de vibración.

La resonancia es la respuesta excesiva que se produce cuando un sólido está sujeto a una carga dinámica que vibra en una de sus frecuencias naturales. Por ejemplo, un automóvil con una rueda mal alineada tiembla violentamente cuando alcanza una determinada velocidad a causa de la resonancia. El temblor, en cambio, disminuye o desaparece a otras velocidades. Otro ejemplo es el de un sonido fuerte, como la voz de un cantante de ópera, que puede romper un cristal.

Con SolidWorks Simulation Professional conseguirá realizar un análisis de frecuencia y le ayudará a evitar las frecuencias resonantes mediante el análisis modal del sólido. Podrá trazar las formas de modo resonante, ver las frecuencias de resonancia, ver los factores de participación de masa y crear gráficos de las frecuencias resonantes frente a los factores de participación de masa.

Cuando se aplican cargas a un cuerpo, el cuerpo se deforma y el efecto de las cargas se transmite por todo el cuerpo. Las cargas externas inducen fuerzas y reacciones internas para llevar al cuerpo a un estado de equilibrio. El análisis estático lineal calcula los desplazamientos, deformaciones, tensiones y fuerzas de reacción bajo el efecto de las cargas aplicadas.

SolidWorks Simulation es la herramienta de análisis estructural, totalmente integrada en SolidWorks.

SolidWorks Simulation permite al usuario:

• Garantizar la calidad y el rendimiento del producto antes de su fabricación.
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• Con esta herramienta de análisis estructural fácil de usar, los diseñadores determinan las tensiones del producto, las deformaciones, la esperanza de vida y la respuesta dinámica.
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