Como estudiante de ingeniería mecánica, siempre me han interesado la simulación y el diseño, ya que permiten a los ingenieros predecir el rendimiento de los productos incluso antes de que se fabriquen. Cuando acepté estas prácticas, esperaba adquirir experiencia práctica en el uso de software estándar del sector y aprender cómo las empresas desarrollan productos fiables. Enseguida me di cuenta de que este proyecto implicaría mucho más que la simple creación de simulaciones: requería comprender la ciencia que hay detrás del propio material.
Cuando empecé mis prácticas, sabía que iba a trabajar con materiales de soldadura y análisis de elementos finitos (FEA), pero no era plenamente consciente de la cantidad de ingeniería que se necesita para comprender algo tan pequeño como una unión soldada. Durante los últimos meses, me he dedicado de lleno al desarrollo de las propiedades de los materiales de las aleaciones de soldadura de Indium Corporation mediante simulaciones de FEA. Esto también me ha permitido comprender cómo las pruebas experimentales y las simulaciones por ordenador se complementan para mejorar la fiabilidad de la electrónica moderna.
Al principio de las prácticas, daba por hecho que el proyecto que iba a llevar a cabo consistiría principalmente en realizar simulaciones con software de análisis por elementos finitos (FEA). Pronto aprendí que toda simulación precisa comienza con unos buenos datos experimentales. Antes de que un modelo informático pueda predecir cómo se comportará una unión soldada, los ingenieros deben comprender exactamente cómo responde el material bajo diferentes condiciones de carga. Darme cuenta de ello cambió por completo mi perspectiva sobre la ingeniería basada en la simulación.
Un día típico
En estas prácticas, mis jornadas en la oficina varían de un día para otro. Puede que tenga varias reuniones importantes en un mismo día, que tenga que realizar simulaciones y comparar los resultados con los datos experimentales, o que tenga un día más tranquilo en el que solo me dedique a investigar y a documentar mis hallazgos.
La investigación que suelo llevar a cabo se basa en el análisis de elementos finitos, las propiedades de los materiales y los parámetros de fiabilidad. Cuando realizo una investigación, suelo mantener un diálogo entre ChatGPT y documentos relevantes de universidades de prestigio. Investigo temas basándome en las propiedades de los materiales que se requieren en el entorno de simulación. Esta investigación también se extiende a temas relacionados con los parámetros de entrada de la simulación de fiabilidad y los resultados deseados.
Las simulaciones habituales que realizaba en mi día a día consistían en generar un modelo básico que representara una probeta de ensayo de tracción utilizada para obtener los resultados experimentales con los que se realizaba la comparación. A continuación, introducía las propiedades específicas necesarias, junto con las condiciones de contorno. Posteriormente, analizaba los resultados de las simulaciones y los comparaba con los resultados experimentales obtenidos tras los ensayos.
Algunos días consistían en varias reuniones, ya fuera con otros becarios, con mi supervisor o con otras personas importantes. En estas reuniones se trataban temas relevantes relacionados con la investigación que estaba llevando a cabo, las nuevas tecnologías existentes en el sector, sesiones de formación sobre el software necesario y reuniones para conocer a otros becarios.
Una de las cosas que más me gustó fue que no había dos días iguales. Algunas mañanas empezaban revisando los resultados de las simulaciones del día anterior y planificando la siguiente serie de simulaciones que había que ejecutar. Otros días los dedicaba a investigar modelos constitutivos o a leer artículos técnicos para comprender mejor cómo se comportan las soldaduras en diferentes condiciones. Una vez que tenía suficiente información sobre esos hallazgos, buscaba la forma de implementarlos en ANSYS, donde, si era posible, introducía datos experimentales y los comparaba con los resultados de las simulaciones. Al final del día, documentaba mis conclusiones para que el trabajo futuro pudiera basarse en los avances que había logrado.
Retos a lo largo del camino
Al igual que muchos proyectos de ingeniería, estas prácticas han planteado numerosos retos técnicos.
Uno de los primeros retos fue familiarizarme con el uso del lenguaje de programación Python. Fue todo un desafío, ya que nunca lo había utilizado antes y era algo nuevo para mí, a pesar de haber utilizado otros programas similares como MATLAB y C++. Afortunadamente, pude superar este reto gracias a que encontré tutoriales y mantuve largas conversaciones con ChatGPT para mejorar mis habilidades de programación.
Otro reto consistió en comprender por qué los valores de tensión simulados diferían de las mediciones experimentales. Era de esperar, ya que no era la primera vez que utilizaba un programa de simulación. Sin embargo, no esperaba que parámetros como la velocidad de deformación y el número de pasos de la simulación provocaran cambios apreciables en los resultados.
El último gran reto al que me enfrenté fue distinguir las diferencias entre las distintas medidas de deformación disponibles en el software ANSYS. Comprender las diferencias entre la deformación total, la deformación elástica, la deformación plástica y la deformación plástica equivalente resultó fundamental para interpretar correctamente los resultados de la simulación. Al final, superé este reto trazando curvas de tensión-deformación utilizando las distintas deformaciones y descubrí que la deformación plástica es la que mejor representa los resultados del mundo real.
Además, aprendí que, para obtener una respuesta realista de tensión-deformación, es necesario tener muy en cuenta el comportamiento no lineal de los materiales. Las primeras simulaciones solían arrojar únicamente respuestas elásticas lineales hasta que se implementaron correctamente los modelos de plasticidad y viscoplasticidad adecuados.
Estas experiencias reforzaron una lección importante: la precisión del software de ingeniería depende exclusivamente de la precisión de los supuestos y los datos introducidos por el ingeniero.
Lo que más me ha gustado de las prácticas
Una de las cosas que más me han gustado de estas prácticas ha sido ver cómo los ensayos experimentales y las simulaciones por ordenador se complementan entre sí. Antes de empezar este proyecto, veía las simulaciones como una herramienta que simplemente generaba respuestas. Ahora entiendo que solo son fiables si los modelos de materiales en los que se basan son fiables y están correctamente calibrados. Ver cómo una curva de tensión-deformación simulada coincidía aproximadamente con los datos experimentales tras refinar ciertos parámetros del material fue enormemente gratificante, ya que demostró que mi contribución al modelo del material tuvo un impacto cuantificable en la precisión del modelo. Momentos como estos reforzaron mi convicción de por qué los ingenieros dedican tanto tiempo a validar las simulaciones antes de utilizarlas en el diseño de productos.
Desarrollo profesional
Más allá de los conocimientos técnicos que he adquirido, estas prácticas han ampliado considerablemente mis competencias como ingeniero. He adquirido experiencia en análisis de elementos finitos, modelización 3D, interpretación de tensiones y deformaciones, optimización de parámetros de materiales y documentación técnica.
Quizás lo más importante es que he aprendido cómo la ingeniería experimental y la modelización computacional se complementan entre sí. Ni los ensayos de laboratorio ni la simulación por sí solos son suficientes para comprender plenamente el comportamiento de los materiales. Por el contrario, ambos enfoques trabajan de forma conjunta para crear modelos predictivos precisos.
Esta perspectiva a nivel de sistema ha cambiado mi forma de abordar los problemas de ingeniería y me ha permitido valorar mucho más el trabajo necesario para validar los modelos materiales de simulación antes de poder confiar en ellos a la hora de tomar decisiones de diseño en el mundo real.
Mirando hacia el futuro
A medida que avanza mi periodo de prácticas, espero poder seguir investigando la información necesaria para la modelización de materiales y mejorar la precisión entre los resultados de la simulación y los experimentales. La investigación continua de los parámetros de los materiales permitirá realizar predicciones cada vez más precisas del comportamiento de la soldadura en condiciones de carga realistas.
Esta experiencia ha confirmado y reforzado mi interés por la ingeniería basada en la simulación y la ciencia computacional de los materiales. La combinación de los resultados experimentales de laboratorio con el análisis de elementos finitos me ha permitido comprender cómo los ingenieros pueden utilizar los datos para resolver problemas complejos de fiabilidad y mejorar los productos eléctricos modernos sin necesidad de realizar pruebas exhaustivas en condiciones reales.
En general, estas prácticas me han brindado una oportunidad inestimable para aplicar los conocimientos adquiridos en clase y mis propios conocimientos a problemas de ingeniería del mundo real con relevancia directa para el sector. Trabajar en la caracterización de las propiedades de la soldadura ha reforzado tanto mis habilidades técnicas como mis dotes de investigación. Además, me ha permitido comprender mejor cómo la mecánica experimental, la ciencia de los materiales y el análisis de elementos finitos se combinan para contribuir al desarrollo de soldaduras y sistemas electrónicos más seguros y fiables.
