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Autor: Johnny Liu
Director ejecutivo — Dowway Vehicle
Última actualización: Marzo de 2026
- Respuesta rápida
- Por qué los solucionadores de elementos finitos son importantes en la ingeniería automotriz.
- ¿Qué es Simcenter Nastran?
- Capacidades principales del solucionador
- Análisis NVH con Simcenter Nastran
- Capacidad de simulación de modelos a gran escala
- Aplicaciones de la ingeniería automotriz
- Análisis de durabilidad de la suspensión
- Simulación de paquete de baterías de vehículos eléctricos
- Integración de la cadena de herramientas CAE
- Uso en la industria
- Direcciones futuras en la simulación de vehículos
- Preguntas frecuentes
- ¿Qué diferencia a Simcenter Nastran de otros solucionadores de análisis de elementos finitos (FEA) utilizados en el CAE automotriz?
- ¿Qué tamaño de modelos puede manejar Simcenter Nastran en simulaciones completas de vehículos?
- ¿Qué simulaciones automovilísticas se realizan con mayor frecuencia con Simcenter Nastran?
- ¿Cómo se integra Simcenter Nastran con el conjunto de herramientas CAE para la industria automotriz?
- ¿Cuáles son los desafíos más comunes al usar Simcenter Nastran?
- Autor
Respuesta rápida
Simcenter Nastran es un solucionador de análisis de elementos finitos utilizado en ingeniería automotriz para evaluar la resistencia estructural, la rigidez, el comportamiento vibratorio, la vida útil a la fatiga y la seguridad de las baterías de vehículos eléctricos. El solucionador admite análisis lineales y no lineales, maneja modelos muy grandes con millones de elementos y se conecta con herramientas CAE utilizadas para el diseño y la simulación de vehículos.
Por qué los solucionadores de elementos finitos son importantes en la ingeniería automotriz.
El desarrollo de vehículos depende en gran medida de la simulación por ordenador. Los ingenieros utilizan herramientas CAE para comprobar la seguridad estructural, el comportamiento ante vibraciones y la durabilidad antes de construir prototipos físicos.
Dentro de un flujo de trabajo de simulación típico:
| Escenario | Herramienta |
| Diseño geométrico | CANALLA |
| Preparación del modelo | HyperMesh / Simcenter 3D |
| Resolución estructural | Simcenter Nastran |
| Visualización de resultados | Publicación de HyperView/Simcenter |
| Optimización de la ingeniería | herramientas de diseño |
El solucionador calcula las ecuaciones estructurales producidas por el modelo de elementos finitos.
Sin el solucionador, no se pueden generar resultados de simulación.
¿Qué es Simcenter Nastran?
Simcenter Nastran es un solucionador de simulación estructural desarrollado a partir de la tecnología NASTRAN original de la NASA.
El software ahora forma parte de la plataforma de ingeniería Siemens Simcenter y se utiliza ampliamente en:
- ingeniería aeroespacial
- diseño automotriz
- maquinaria pesada
- sistemas de energía
En ingeniería automotriz, el solucionador se utiliza comúnmente para analizar:
- estructuras de carrocería de vehículos
- sistemas de chasis
- vibración y ruido
- sistemas de baterías para vehículos eléctricos
El software se valora por su estabilidad numérica y la fiabilidad de sus resultados al resolver modelos estructurales de gran tamaño.
Capacidades principales del solucionador
Análisis estructural lineal
El análisis lineal evalúa:
- rigidez
- estrés
- deformación
Simcenter Nastran utiliza tecnología de solución de matriz dispersa, incluyendo la Solucionador de parotiditis.
Las estructuras de vehículos grandes se pueden resolver de manera eficiente manteniendo el error de predicción dentro de aproximadamente 5% en comparación con las pruebas físicas..
Análisis estructural no lineal
Las estructuras de los vehículos suelen presentar un comportamiento no lineal.
Simcenter Nastran admite tres categorías principales de no linealidad.
No linealidad geométrica
Grandes efectos de deformación y desplazamiento.
No linealidad del material
Deformación plástica y daños en el material compuesto.
No linealidad de contacto
Contacto superficie a superficie y contacto punto a superficie entre componentes.
Estas capacidades permiten simular de forma realista estructuras como sistemas de suspensión y paquetes de baterías.
Análisis NVH con Simcenter Nastran
NVH significa Ruido, vibración y aspereza.
Es una de las principales tareas de ingeniería en el diseño de vehículos.
Simcenter Nastran incluye varias secuencias de resolución para la dinámica estructural.
Análisis modal — SOL 103
El análisis modal determina las frecuencias naturales y los modos de vibración de las estructuras.
Los ingenieros utilizan estos resultados para evitar la resonancia con:
- vibración del motor
- frecuencias de los motores eléctricos
- excitaciones del sistema de transmisión.
Análisis de respuesta en frecuencia — SOL 108
El análisis de respuesta en frecuencia calcula la respuesta a la vibración bajo cargas armónicas.
Las aplicaciones incluyen:
- vibración de la carrocería del vehículo
- excitación del tren motriz
- vías de transferencia acústica.
Se admiten tanto los métodos de respuesta en frecuencia directa como los de respuesta en frecuencia modal.
Análisis dinámico transitorio — SOL 111
El análisis transitorio calcula la respuesta estructural dependiente del tiempo.
Algunos ejemplos son:
- cargas de impacto en la carretera
- pulsos de vibración
- fuerzas estructurales transitorias.
Cuando los modelos de simulación se calibran con datos de prueba, las predicciones modales pueden coincidir con las pruebas físicas. correlación superior al 90%.
Capacidad de simulación de modelos a gran escala
Los modelos modernos de elementos finitos de vehículos completos a menudo contienen millones o decenas de millones de elementos.
Simcenter Nastran gestiona estos modelos mediante diversos métodos computacionales.
Computación paralela
Hay dos modos de computación disponibles.
SMP — Memoria compartida paralela
Varios núcleos de la CPU comparten la memoria del sistema.
DMP — Paralelo de memoria distribuida
Varios nodos informáticos trabajan conjuntamente.
La resolución paralela puede aumentar el rendimiento mediante 30–50%.
Refinamiento adaptativo de la malla
El solucionador ajusta la densidad de la malla en función de la distribución de tensiones.
| Área | Densidad de malla |
| Juntas soldadas | malla fina |
| Ubicación de los pernos | malla refinada |
| regiones de bajo estrés | malla gruesa |
Esto mantiene la precisión al tiempo que controla el tiempo de cálculo.
Reducción de modelos
Los modelos grandes pueden simplificarse antes de la simulación dinámica.
Dos métodos de reducción comunes son:
Síntesis en modo de componentes (CMS)
Preserva el comportamiento dinámico de las subestructuras.
Reducción de Guyan
Elimina los grados de libertad menos importantes.
Los modelos reducidos se utilizan habitualmente en simulaciones de vehículos multicuerpo.
Aplicaciones de la ingeniería automotriz
Simulación estructural de carrocerías
La carrocería en blanco (BIW, por sus siglas en inglés) es la estructura principal que soporta la carga de un vehículo.
Los ingenieros analizan:
- rigidez a la flexión
- rigidez torsional
- desempeño modal
- resistencia estructural.
Modelado de elementos finitos de la carrocería
Los modelos de carrocería incluyen:
- paneles de chapa metálica
- conexiones soldadas
- pernos.
Para simplificar los modelos:
- agujeros más pequeños que 10 mm puede ser eliminado
- filetes más pequeños que 7 mm puede simplificarse.
Esto reduce el coste computacional.
Simulación de prueba de rigidez
Se simulan dos casos comunes de rigidez.
rigidez a la flexión
Carrocería del vehículo cargada verticalmente en el centro.
Rigidez torsional
Las ruedas opuestas quedan restringidas mientras se aplica el par motor.
Estos casos de carga simulan condiciones de carretera irregulares.
Ejemplo de resultado de ingeniería
En un programa de desarrollo de vehículos compactos:
- Aumento de la rigidez a la flexión de la carrocería 12%
- El peso corporal disminuyó 8%
La mejora se logró gracias a cambios en el refuerzo y a la sustitución de materiales por otros de alta resistencia.
Análisis de durabilidad de la suspensión
Los componentes de la suspensión experimentan cargas repetidas durante la conducción.
La simulación de fatiga predice la vida útil e identifica las áreas débiles.
Componentes del modelo de suspensión
Los modelos de suspensión típicos contienen:
- brazos de control
- amortiguadores
- barras estabilizadoras
- bujes
- rótulas.
Los casquillos se modelan mediante resortes no lineales, mientras que las rótulas utilizan restricciones de bisagra.
Cargar datos
Las cargas pueden provenir de:
- pruebas en carretera
- simulaciones multicuerpo utilizando ADÁN.
Estas cargas se aplican al modelo estructural.
Simulación no lineal
El solucionador no lineal SOL 106 Calcula la tensión y la deformación bajo condiciones de carga realistas.
Las concentraciones de tensión suelen aparecer en las juntas soldadas.
Predicción de la vida útil por fatiga
La vida útil por fatiga se calcula utilizando:
Regla de daño acumulativo lineal de Miner
combinado con el Curva SN del material.
Esto predice cuántos ciclos puede soportar un componente.
Resultado de ejemplo
Para un brazo de suspensión en un diseño de SUV:
- vida inicial: 2 × 10⁵ ciclos
Mejoras posteriores a la soldadura:
- La vida útil por fatiga aumentó a 1 × 10⁶ ciclos.
Simulación de paquete de baterías de vehículos eléctricos
Los vehículos eléctricos presentan desafíos térmicos y estructurales.
Las baterías deben permanecer seguras durante las vibraciones y los ciclos de carga.
Modelo de elementos finitos del paquete de baterías
Los componentes típicos del modelo incluyen:
- módulos de batería
- carcasa del paquete
- canales de refrigeración
- soportes de montaje.
Los módulos de baterías utilizan elementos sólidos, mientras que las estructuras de las carcasas suelen utilizar elementos de revestimiento.
Acoplamiento térmico-estructural
Se aplican dos categorías de carga.
cargas térmicas
Calor producido durante la carga y la descarga.
cargas mecánicas
Vibraciones de la carretera y fuerzas de impacto.
Simcenter Nastran calcula ambos efectos simultáneamente.
Ejemplo de resultado de ingeniería
En un proyecto de simulación de vehículos eléctricos:
- La temperatura máxima de la batería se redujo de De 52°C a 38°C
- Se redujo el estrés estructural 25%
Esta mejora se logró gracias a cambios en la distribución del sistema de refrigeración y al refuerzo de la carcasa.
Integración de la cadena de herramientas CAE
Simcenter Nastran funciona dentro de un entorno CAE más amplio.
Herramientas de preprocesamiento
Las herramientas de preparación del modelo incluyen:
- Hipermalla
- Simcenter 3D
- Sistemas CAD.
Los formatos de archivo compatibles incluyen:
- BDF
- INP
- PASO.
Herramientas de postprocesamiento
Los resultados de la simulación se pueden visualizar utilizando:
- HyperView
- Publicación 3D de Simcenter
- Tecplot.
Estas herramientas muestran mapas de tensión, campos de desplazamiento, modos de vibración y resultados de fatiga.
Integración de dinámica multicuerpo
Los resultados estructurales se pueden utilizar en modelos de dinámica vehicular creados en:
- ADÁN
- Simcenter Motion.
Integración del sistema de control
Para el desarrollo de vehículos eléctricos, los modelos estructurales pueden conectarse con modelos de control integrados en:
- MATLAB
- Simulink.
Correlación de pruebas
Simcenter Nastran se conecta con Laboratorio de pruebas de Simcenter comparar los resultados de la simulación con las mediciones experimentales.
Esto mejora la precisión del modelo.
Uso en la industria
La tecnología Simcenter es utilizada por muchas empresas del sector automotriz.
Algunos ejemplos son:
Ingeniería y tecnología de Mazda
El tiempo de simulación para el análisis de la rejilla del altavoz se redujo de De 2,5 días a 4 horas.
Ejes y fabricación estadounidenses
Simulación NVH integrada con pruebas mediante las herramientas de Simcenter.
Grupo Hyundai Motor
Utiliza plataformas de simulación multifísica y gemelos digitales durante el desarrollo de vehículos eléctricos.
Direcciones futuras en la simulación de vehículos
Varias tendencias tecnológicas están influyendo en las herramientas de simulación.
Modelos de vehículos de mil millones de elementos
Las futuras simulaciones de vehículos podrían contener cientos de millones o incluso miles de millones de elementos.
Simulación multifísica
Los modelos de vehículos combinan cada vez más:
- mecánica estructural
- comportamiento térmico
- flujo de fluido
- electromagnetismo.
Simulación asistida por IA
La inteligencia artificial puede automatizar:
- calibración del modelo
- configuración de simulación
- optimización del diseño.
Ingeniería de gemelos digitales
Los gemelos digitales conectan los modelos de simulación con los datos operativos reales durante el ciclo de vida del vehículo.
Preguntas frecuentes
¿Qué diferencia a Simcenter Nastran de otros solucionadores de análisis de elementos finitos (FEA) utilizados en el CAE automotriz?
Simcenter Nastran es conocido por sus algoritmos fiables para la resolución de problemas estructurales y dinámicos, desarrollados originalmente a partir de la investigación aeroespacial de la NASA.
Admite análisis de elementos finitos tanto lineales como no lineales, incluyendo simulaciones estáticas, modales, de respuesta en frecuencia, de fatiga y multifísicas en un mismo entorno.
Los ingenieros suelen mencionar:
- resultados fiables para modelos grandes
- fuertes capacidades NVH
- computación paralela escalable
- Integración con la plataforma CAE Simcenter.
Estas características hacen que sea común en el análisis de la estructura de la carrocería, la ingeniería del chasis y la simulación NVH del sistema de propulsión.
¿Qué tamaño de modelos puede manejar Simcenter Nastran en simulaciones completas de vehículos?
Los modelos de elementos finitos de vehículos a menudo superan las decenas de millones de elementos.
Simcenter Nastran gestiona estos modelos mediante:
- Computación paralela SMP y DMP
- solucionadores de matrices dispersas eficientes
- técnicas de reducción de modelos como CMS.
La configuración del hardware, los ajustes del solucionador y la estrategia de reducción del modelo influyen en el rendimiento.
¿Qué simulaciones automovilísticas se realizan con mayor frecuencia con Simcenter Nastran?
Los ingenieros utilizan con frecuencia este solucionador para diversas tareas de desarrollo de vehículos.
Análisis estructural de BIW:
- rigidez
- análisis modal
- resistencia estructural
Análisis NVH:
- frecuencias modales
- respuesta a la vibración
- análisis de la ruta de transferencia
Análisis de durabilidad:
- predicción de la vida útil por fatiga
- fiabilidad estructural
Rendimiento del chasis:
- deformación de la suspensión
- distribución de carga
Vehículos eléctricos:
- seguridad estructural del paquete de baterías
- Acoplamiento termoestructural.
¿Cómo se integra Simcenter Nastran con el conjunto de herramientas CAE para la industria automotriz?
Simcenter Nastran suele actuar como el solucionador principal dentro de un entorno de ingeniería con múltiples herramientas.
Las herramientas de preprocesamiento incluyen HyperMesh, Simcenter 3D y sistemas CAD.
Las herramientas de posprocesamiento incluyen HyperView y Simcenter 3D Post.
Las herramientas de simulación de sistemas pueden incluir ADAMS, Simcenter Motion, MATLAB, Simulink y software CFD como STAR-CCM+.
Este entorno admite flujos de trabajo de ingeniería digital completos.
¿Cuáles son los desafíos más comunes al usar Simcenter Nastran?
Los ingenieros suelen reportar varios problemas prácticos.
Problemas de calidad de la malla:
- elementos distorsionados
- Densidad de malla inconsistente.
Problemas con los datos del material:
- Curvas de fatiga faltantes
- Propiedades de temperatura incompletas.
Problemas de configuración del solucionador:
- Selección de solucionador incorrecta
- Espacio en disco insuficiente
- Errores en el archivo de resultados, como problemas de salida *.f06.
Para obtener resultados de simulación fiables, es fundamental disponer de condiciones de contorno y datos de materiales precisos.
Autor
Johnny Liu
Director ejecutivo — Dowway Vehicle
Johnny Liu trabaja en ingeniería de vehículos y desarrollo de tecnología CAE. Su trabajo se centra en el diseño basado en simulación, los flujos de trabajo de ingeniería digital y los métodos avanzados de desarrollo de vehículos.
