Tutorial FEMAP & NX NASTRAN_ Análisis Lineal de Soldaduras Punto a Punto (CWELD) -- 1ª Parte

8/17/2019 Tutorial FEMAP & NX NASTRAN_ Análisis Lineal de Soldaduras Punto a Punto (CWELD) -- 1ª Parte

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FEMAP V10.1.1 & NX Nastran 7.0 TutorialUnión mediante soldaduras Punto-a-Punto

Análisis Estático Lineal (1ª Parte)(Marzo, 2010)

1. Descripción del Problema2. Preparación de la Geometría

2.1. Simplificación de la geometría

2.2. Creación de superficies medias en el perfil omega

2.3.

2.4. Preparación del Pasatapas y Barra de Cobre para mallar con

elementos CHEXA(8)

3. Densidad de Malla3.1. Definición de la Densidad de Malla en los sólidos 3D

3.2. Definición de la Densidad de Malla en las placas 2D

4. Definición de Propiedades (Material y Tipo de Elemento)4.1. Asignar Atributos en Placa Base y Perfil Omega

4.2. Asignar Atributos en Barra de Cobre

4.3. Asignar Atributos en Pasatapas

4.4. Propiedades de Elementos de Contacto Nodo-a-Nodo (CGAP)

4.5. Propiedades de los Elementos de Soldadura (CWELD)

5. Mallado de Componentes5.1. Mallado con elementos 3-D Hexaédrico CHEXA(8)

5.2. Mallado con elementos 2-D Shell CQUAD4

5.3. Mallado con Elementos 1-D de Contacto CGAP5.4. Mallado con Elementos 1-D de Soldadura Pto-a-Pto CWELD

5.5. Unión entre elementos sólidos CHEXA y Shell CQUAD4

6. Definición de Cargas y Restricciones6.1. Borde Exterior de la Placa Base Empotrado

6.2. Carga de Presión de 1.3 bar

7. Control de Calidad de la Malla7.1. Meshing Toolbox

7.2. Element Distorsion

7.3. Suma de Cargas

8. Definición de los Parámetros del Análisis Estático Lineal9. Ejecución del Análisis Estático Lineal (SESTATIC SOL101)10. Postprocesado de Resultados del Análisis Estático Lineal(SOL101)

10.1. Equilibrio entre Cargas y Reacciones (N).

10.2. Resultados de Desplazamientos (mm).

10.3. Resultados de Tensiones vonMises (MPa).

Este Tutorial es muy completo, es un ejemplo simplificado tomado de un cálculo real, básicamente se tratar de enseñar cómo definir uniones mediante soldaduras pun to a punto. Pero por elcamino vamos a ver temas tan interesantes como:

Creación de superficies medias para mallar con elementos Shell (CQUAD4).Definición de elementos de contacto entre las caras de las piezas soldadas (para evitar que una pieza penetre en la otra) util izando elementos de contacto 1-D del tipo GAP nodo-a-nodo(CGAP).Preparación de la geometría sólida para mallar con elementos hexaédricos (CHEXA de 8-nodos).Método para unir elementos Shell (CQUAD4) con elementos sólidos hexaédricos (CHEXA) mediante elementos rígidos RBE2.Y por supuesto aprenderemos a generar mallas "de calidad" de p iezas sólidas con elementos hexaédricos y a mallar superficies con elementos Shell de 4-nodos util izando mallaestructurada y regular que es la mejor garantía para obtener resultados de elevada calidad y excelente precisión, nada de mallado automático 3-D con tetraedros ó 2-D con triángulos, esoes una "castaña".Discutiremos sobre el sistema de unidades utilizado en FEMAP.

Aplicaremos cargas y condiciones de contorno sobre la geometría.Realizaremos un Análisis Estático Lineal (SESTATIC SOL101) con NX NASTRAN 7.0 considerando contactos nodo-a-nodo + soldaduras punto-a-punto.Y por últ imo cuestionaremos la bondad de los resultados de desplazamiento obtenidos mediante el análisis estático lineal anterior ejecutando un Análisis Estático No Lineal (NLSTATIC

SOL106), y nos llevaremos sorpresas importantes debido a la existencia de no linealidad geométrica severa ("Large displacements"). Pero esto lo vamos a desarrollar en la 2ª Parte deltutorial.

En resumen, un tutorial muy pero que muy completo!! Si quieres repetir este tutorial en tu propio ordenador pídenos el fichero STEP con la geometría de entrada y te lo remitiremos por e-mail,es un servicio gratuito para nuestros clientes.

1. Descripción del ProblemaLa siguiente imagen muestra una geometría típica creada en un paquete CAD 3D importada en FEMAP V10.1.1 (en este caso concreto la geometría se ha creado en CoCreate y se haimportado en FEMAP a través del standard STEP) que corresponde a una vista parcial de un chasis metálico reforzado con perfiles unidos entre sí mediante soldaduras punto a punto(representadas aquí mediante círculos).

ial FEMAP & NX NASTRAN: Análisis Lineal de soldaduras Punto ... http://www.iberisa.com/soporte/femap/soldadura_punto_a_

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Modelo CAD 3D del Chasis

2. Preparación de la geometríaq 2.1. Simplificación de la geometríaCon objeto de simplificar el tutorial dejamos únicamente los componentes más importantes: la chapa principal de acero tiene un espesor = 2 mm, igualmente de acero es el perfil Omega deespesor = 3 mm, las soldaduras punto-a-punto tienen un diámetro de 5 mm, el Pasatapas es de Epoxy y l a barra cilíndrica central es de cobre. Estos dos últimos componentes los mallaremoscon elementos sólidos hexaédricos (CHEXA de 8-nodos), mientras que la chapa y el perfil Omega los mallaremos con elementos Shell de 4-nodos (CQUAD4).

La geometría se ha simplificado eliminando redondeos, agujeros y chaflanes de pequeño tamaño: esta tarea se puede realizar bien en el paquete CAD fuente, o directamente en FEMAP

mediante la orden "Geometry > Solid > Remove Face". Esta orden es muy potente y mucha gente desconoce su utilidad práctica, os animo a que la utilicéis, veréis qué maravilla!!.


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Modelo CAD 3D simplificado en el que se han elimiado la mayor parte de redondeos y agujeros en el Pasatapas y Perfil Omega

q 2.2. Creación de Superficies Medias en el Perfil OmegaDejamos visible únicamente el perfil Omega y mediante la orden "Geometry > Midsurface > Automatic > Methods: on solid" seleccionamos todas las superficies del sólido.


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Creación de Midsurfaces

FEMAP nos solicitará la distancia máxima de separación entre cada par de superficies para calcular la superficie media, por tanto dado que el espesor de las chapas es de 3 mm un valor de 5.0es suficiente:

FEMAP con una única órden crea las superficies medias, las extiende hasta la intersección con la siguiente y recorta los sobrantes, el resultado es el siguiente (el sólido se ha puesto en modotransparente):


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Resultado de la orden "Midsurface Automatic"

Es recomendable a continuación usar la orden "Geometry > Surface > NonManifold Add..." seleccionando las cuatro superficies medias creadas anteriormente, de esta forma las cuatrosurperficies formarán una única entidad geométrica llamada "General Body Add", es como si realizáramos una opeación booleana de unión de varias superficies en una única, pero respetandolos bordes interiores, mirad lo que dice el HELP:

3.3.3.14 Geometry, Surface, NonManifold Add...

...is the only command in FEMAP which allows you to create "Non-Manifold Solid Geometry", an option in the Parasolid modelingkernel which creates "General Bodies" as opposed to regular solids (FEMAP solids) and sheet solids (FEMAP surfaces). Thecommand allows you to Boolean Add sheet solids to one another, as well as add "sheet solids" to Parasolid "solids".

The use of Non-Manifold Geometry can be very useful in creation of mid-surface models with "T-Junctions", models where shellelements (2-D) and solid elements (3-D) need to be connected and portions of the shell mesh are embedded into the solid mesh,and "solids" with internal "surfaces" used in certain types of analysis.


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Resultado de la orden "NonManifold Add..."

El método más simple y eficiente para asegurar la existencia de un nodo exactamente en el centro de la soldadura punto-a-punto es partir l a geometría por dichos puntos, así que os sugiero

visualizar tanto el sólido como las superficies medias y crear l íneas entre centros de soldadura usando la orden "Geometry > Curve - Line > Continuous > Center ":


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Creación de líneas entre centros de soldaduras punto-a-punto

Seguidamente ocultamos el sólido y dejamos visibles las superficies medias y las curvas creadas anteriormente. Usando la orden "Geometry > Curve - From Surface > Project" proyectamos lascurvas creadas anteriormente sobre las superficies medias de la base del perfil:


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Líneas y superficies medias

A la pregunta "Select Surface to Project Onto" seleccionamos las dos surperficies medias de la base:

Selección de las superficies medias a particionar


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A la pregunta "Select Curve(s) to Project" seleccionamos las curvas creadas anteriormente:

Selección de las curvas con las que partir las superficies

Mediante la anterior operación las curvas se proyectan y dividen las superficies. Seguidamente os voy a enseñar un método muy potente y rápido de dividir superficies completamente usando la

orden "Geometry > Midsurface > Trim with Curve":


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Resultado de la partición de superficie s con curvas

A la pregunta "Select Surface/Solid to Trim" respondemos seleccionando una de las superficies medias, por ejemplo la superficie superior que queda por partir, pero puede ser cualquiera,

lo que estamos es seleccionando el cuerpo "General Body Add".

A la pregunta "Select Line(s) to Trim With" respondemos seleccionando las cuatro curvas horizontales y dos curvas verticales, como veréis no es necesario seleccionar todas las curvas,únicamente una por cada dirección de corte:


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Selección de curvas con las que partir superficies

Pulsamos OK y el resultado es una división completa en superficies regulares, asegurando la situación exacta de los nodos de la malla en la posición deseada:

Resultado de la división de superficies

q 2.3. Creación de la Superficie Media en la Chapa Base

De forma similar mediante la orden "Geometry > Midsurface > Automatic > > on Solid" creamos la superficie media de la placa base de espesor 2 mm. Seguidamente usando la orden "Geometry

> Curve - From Surface > Project" proyectamos contra la superficie media de la placa base las curvas del perfil omega. No es necesario seleccionar todas las cu rvas del perfil Omega, sólo una

curva en cada dirección ya que seguidamente usaremos la orden "Geometry > Midsurface > Trim with Curve" y de forma inmediata obtendremos la placa base dividida de forma totalmenteregular. Nótese que también hemos proyectado la curva correspondiente al diámetro exterior del sólido 3D Pasatapas, más adelante veremos su utilidad:


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Estado final de divisiones en placa base y perfil Omega

q 2.4. Preparación del Pasatapas y Barra de Cobre para mallar con elementos CHEXA(8)Visualizamos el Pasatapas y mediante la orden "Geometry > Solid > Slice..." partimos el Pasatapas a la mitad. A la pregunta "Specify Plane for Intersection" existen muchas formas de definir el plano de c orte,

en este c aso os sugiero el método " > Points" y selecionamos un plano por tres puntos, así nos aseguramos de que el c orte pase por los puntos ya existentes en la pieza:


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División del Pasatapas por tres puntos

El resultado es el que se aprecia en la siguiente figura donde para mayor claridad se ha ocultado la mitad de la pieza:


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Estado final del Pasatapas partido a la mitad

3. Densidad de Mallaq 3.1. Definición de la Densidad de Malla en los sólidos 3DEn primer lugar para hacernos una idea de las dimensiones de la pieza medimos la longitud del arco mayor del Pasamanos mediante la orden "Tools > Mass Properties > Measure Curves..." y vemos

que tiene un valor de unos 170 mm, por tanto tomaremos una densidad de malla "Element Size=Curve Length/nº elements = 170/18", es decir, que t endremos 18 elementos cada 180º, o sea, 9elementos cada 90º, es decir, un elemento cada 10º. La densidad de malla mínima para discretizar por elementos finitos un sólido con una curvatura de 90º es de un elemento cada 15º, esdecir, 6 elementos cada 90º (ver reglas básicas de mallado).

Para prescribir el tamaño de elemento en el sólido usamos la orden "Mesh > Mesh Control > Size On Solid .." y seleccionamos los tres sólidos 3D: l as dos mitades del Pasatapas y la Barra deCobre.

Densidad de Malla en las curvas del Pasatapas

En la ventana " Automatic Mesh Sizing" activamos la opción " Hex Meshing" indicando que la pieza se va a mallar con elementos sólidos hexaédricos, y damos un valor en "Element Size=Curve Length/nº

elements = 170/18" (FEMAP ejecuta la operación) y el resto de opciones por defecto.


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Aplicación del tamaño de malla a la geometría para mallar con elementos Hexaédricos

Para tener mallas consistentes entre piezas (y por tanto satisfacer la condición de continuidad de desplazamientos entre las piezas con caras coincidentes) FEMAP automáticamente activa la

opción " Adjacent Surface Matching" en mallados con elementos Hexaédricos, mirad lo que dice el HELP:

5.1.1.5 Mesh, Mesh Control, Size On Solid...

Assembly / Multi-Solid Sizing

These options are used to automatically specify mesh approaches (which can be defined manually using the Mesh, Mesh Control,

Approach On Surface command).

Adjacent Surface Matching

If you are specifying sizes on multiple solids at the same time, this option will set a "slaved"mesh approach on surfaces that are adjacent to each other and which are the same size. For example, in the figure, the cylinder is contained in a box with a cylindrical hole. The outer surface of the cylinder is adjacent to the similar surface of the hole th rough the box. To meshthese parts, you must ensure that the meshes on these two surfaces are identical. Setting oneof the surfaces as a slave to the other insures a consistent mesh. This option automaticallyfinds surfaces which are adjacent between multiple solids and slaves them to each other.

Remove Previous Slaving

This option removes all slaving from surfaces in the solids that you are sizing before proceeding with the new sizes. You will alwayswant to leave this option on unless you have manually defined some slaved surfaces that you want to keep slaved. Turning this

option off however can interfere with the proper operation of hex mesh sizing.

Adjust Colors

This option simply changes colors of surfaces during the mesh sizing process to give more information about how they wereprocessed. It is often difficult to see all of the surfaces in a solid assembly; however, this is particularly important when you areslicing a solid in preparation for hex meshing. If you enable this option, surface colors will be adjusted as follows:

Color Description

Dark, Transparent Blue Free surfaces that were successfully sized.

Light Solid Blue Surfaces that were successfully sized and which are adjacent to another surface.

Red Surfaces of solids that can not be hex meshed

You must be displaying your model in solid, shaded Render mode for the best effect of these colors. After sizing, you cangraphically see which surfaces were detected and slaved as adjacent, to make sure that all of the surfaces that you expected werefound. You can also easily see which solids need to be further simpl ified to allow hex meshing.

../..

Tet vs. Hex Meshing

Choose the option that is appropriate to the type of meshing that you want to do. Depending on your choice however, the mesh sizing that isgenerated can be significantly different.

If you choose Tet meshing, the resulting sizes are similar to those crea ted if you had simply set mesh sizes on the individual surfaces. Tet meshingdoes not require any additional adjustments to the mesh sizing.

Preparing for hex meshing however, requires very specific mesh sizing. Many surfaces must be mapped meshed so that the he x mesh can begenerated. In addition, surfaces across multiple solids must be consistently sized and meshed so that the resulting hex mesh will be compatible.Due to this extra che cking that must be done, hex mesh sizing takes much more time than tet mesh sizing.

Hint:If you are preparing for hex meshing, you MUST select all solids that you plan to mesh in a single command. If you try to select them oneat a t ime, there is no way to guarantee that the meshes will be compatible across different solids.

En efecto, aquí tenemos el resultado de la operación, el color "azul-claro" indica las caras que son adjacentes y en las que la malla será coincidente y por tanto FEMAP realizará el "mergeado" automático de nodoscoincidentes. En la ventana de mensajes de FEMAP podremos leer lo siguiente:


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Mesh Size on Solid

3 Sol i d(s) Sel ected. . .Computi ng Mesh Si zes. . .Mesh Approach: Li nki ng Surf aces 3 and 28.Mesh Approach: Li nki ng Surf aces 12 and 29.Mesh Approach: Li nki ng Surf aces 167 and 173.Mesh Approach: Li nki ng Surf aces 168 and 169.

Estado final de nº de divisiones en el pasatapas

Os recuerdo que para pre-visualizar la densidad de malla en curvas debéis visualizar en pantalla en primer lugar las curvas mediante Ctrl-Q, y seguidamente pulsar la tecla F5 y en " Labels, Entities & Colors >Curve - Mesh Size" activar " Draw Entity" y en "Show as = 3..Symbols & Count " tal como se muestra en las imágenes siguientes:

Pasos para visualizar la densidad de malla en curvas

q 3.2. Definición de la Densidad de Malla en las placas 2DEn primer lugar para facilitar la visión es recomendable quitar la transparencia de todas las superficies mediante "Modify > Transparency > Surface":


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Para prescribir la densidad de malla en Superficies usamos la orden "Mesh > Mesh Control > Size On Surface... > > on Solid" y seleccionamos todas las superficies de la placa base yel perfil omega.

Aplicación de la densidad de malla en superficies

En la ventana " Automatic Mesh Sizing" damos un valor en "Element Size=18", es decir, si el perfil omega tiene un espesor de 3 mm y mallamos con elementos Shell de lado 18 mm significa que larelación lado/espesor = 18/3 = 6 veces, no está mal, en elementos Shell finos se recomienda que al menos la relación lado/espesor sea mínimo cuatro veces. El resto de opciones por defecto

(personalmente me gusta activar siempre la opción "Length Based Sizing", de esta forma el espaciado en curvas es constante y la malla es más regular):

Densidad de malla en superficies

Para tener igual nº de elementos en el Pasatapas y en la placa base (y así tener elementos enfrentados uno-a-uno para definir elementos RBE2) tendremos que modificar localmente el nº de elementos en las curvas dela placa base mediante " Mesh > Mesh Control > Size Along Curve". Por e jemplo, vamos a prescribir un tamaño local de 3 divisiones (es decir, 3 elementos) en las curvas marcadas en la siguiente figura (se haocultado la mitad del Pasatapa s para facilitar la explicación):


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Control local de la densidad de malla en curvas

Una vez definidas las curvas en las que quere mos cambiar la densidad de malla nos aparece la siguiente ventana, aquí podremos elegir entre prescribir una densidad de malla (" Element Size") o un número deelementos, en este c aso vamos a prescribir 3 elementos por curva (repetimos el proceso de control local de la malla en tantas curvas como nos interese):

Orden para definir localmente la densidad de malla en curvas

Y en cualquier momento podemos mallar de forma temporal partes del modelo utilizando mallas 2-D del tipo "Plot-only", son elementos que FEMAP nunca e xporta al solver y que se pueden utilizar como malla

semilla ("seed mesh") para mallar cara s de modelos 3D usando mallas 2-D regulares, es decir, los nodos de la malla 3D seguirán los nodos de la malla 2D, o simplemente como en este caso para ver el a specto final quetendrá la malla de las superficies. Pa ra que un e lemento 2-D sea considerado como "Plot-Only" simplemente deberemos dejar e n blanco el campo "Property" de la orden " Mesh > Geometry > Surface..." y responder OK a la pregunta "OK to mesh with Plot-Only Elements?". En amarillo están las superficies que vamos a mallar con malla del tipo "Plot-Only":


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Mallado de superficies con elementos "Plot-Only"

El aspecto de la malla en las superficies no regulares me gusta poco, pero FEMAP dispone de rec ursos muy potentes, por ejemplo la orden " Mesh > Mesh Control > Approach On Surface > Mapped - Four Corner ",mirad lo que dice el HELP:

5.1.1.15 Mesh, Mesh Control, Approach On Surface

Mapped - Four Corner

This approach creates a mapped mesh on the surface, between four corners that you select. When you select this approach, the right hand side of the dialog box allows you to select four points for the "corners" of the mesh. These points can be spec ified in any arbitrary order, but you mustchoose four different points. The "edges" of the mesh are all of the curves that lie between the points that you choose.

In this example, the corner points have been defined at the locations of the dots. In addition, the total number of elements specified on the threeoutside curves equals the number of elements on the arc. This is a requirement.

If you do not specify mesh sizes that are compatible with the mapped meshing approach, you will still get a free mesh, even if you specified

Four Corner.

When specifying the mesh corners, you do not have to specify points on the surface whereyou are setting the approa ch. FEMAP will automatically find the closest points on the surfaceto the ones you selected, and use those. This eliminates problems in knowing which points to pick when surfaces are adjacent with eac h other. It can also be used to your advantage if youneed to set approaches on a series of parallel or similar surfaces. You may be able to definethem at once by picking the points on one surface and letting FEMAP automatically select theothers.

If you do not select any "corners", FEMAP will attempt to choose appropriate "corners" oncertain types of surfaces. This includes surfaces with more than four points.

Example surfaces where "corners" likely do not need to be selected to achieve mapped mesh:


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Aplicamos la opción " Mapped - Four Corner " a las dos superficies resaltadas en amarillo, no es necesario que seleccionemos ningún punto:

Métodos de control de mallado en superficies

El aspecto de la nueva malla lo tenéis en la siguiente imagen, la clave está en que la suma del nº de elementos en las curvas exteriores (en este caso 5 + 5 + 8 = 18) sea igual al nº de elementos en la curva interior (18),si no se cumple este requisito la malla tendrá cará cter libre.


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El resultado es una malla de calidad

Otra utilidad de las mallas "Plot-Only" es servir de malla semilla (seed mesh) de mallas 3D, pues bien, vamos a ver cómo quedaría la malla de una de las caras de la barra de c obre utilizando la orden " Mesh >Geometry > Surface.." sin asignar ninguna propiedad a los elementos: el resultado es un poco de sastre, cuando la geometría no es regular el mallador de FEMAP utiliza mallado automático del tipo " free mesh". ¿Se puede mejorar?. Por supuesto!!, en el siguiente párrafo os enseñaré cómo hacerlo.


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Malla "Plot-Only"

Pulsamos las teclas "Ctlr-Z " que corresponde a la orden UNDO para deshacer la orden anterior de mallado (o borramos la malla con " Delete > Model > Mesh.. > All"), y de nuevo ejecutamos la orden " Mesh >Geometry > Surface.." sin asignar ninguna propiedad a los elementos, pero a hora en la venta na " Automesh Surfaces" pulsamos el botón " More Options..." y veremos una ventana con nuevas opciones entre la que

activamos "Quad Edge Layers = 3", el resultado es una malla de excelente calidad, mirad lo que dice el HELP (para activar el HELP dentro de una orden simplemente pulsad la tecla F1):

5.1.2.3 Mesh, Geometry, Surface...

../..

Quad Edge Layers

This option specifies the number of layers of quadrilateral elements that FEMAP will attempt to place a round every boundary c urve on a surfac e.You can choose to have either 1, 2, or 3 layers of quads around each boundary curve of a surface, including internal curves from the drop-downlist. Additionally, you may enter a number higher than 3 directly into the field and t he mesher will attempt to create the specified number of quadelement layers. If there is not enough room for the requested number of layers based on the mesh size, FEMAP will try to put as many layers of quads in as possible. The process goes one layer at a time, meaning that one layer of quads will be placed ar ound all boundary curves (externalcurves first, internal curves second) be fore a second layer of quads will be attempted. In many c ases, more layers will produce a higher qualitymesh, but on some pieces of geometry using only 1 or 2 layers may produce bett er overall mesh quality than using 3 or more layers.


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Estado final de la malla 2-D que servirá de semilla a la malla 3-D

4. Definición de Propiedades (Material y Tipo de Elemento)

Mi consejo es asignar propiedades (tipo de elemento y material) directamente a la geometría, de esta forma podremos mallar con una misma orden el Pasatapas y la Barra de Cobre, osimultáneamente la placa base y el perfil Omega, es un método muy cómodo.

q 4.1. Asignar Atributos en Placa Base y Perfil Omega

Mediante la orden "Geometry > Midsurface > Assign Mesh Attributes > > on Solid ") seleccionamos las superficies medias de la placa base y perfil Omega, FEMAP solicitará introducir laspropiedades de material (seleccionamos Acero desde la librería de materiales) y creará automáticamente el tipo de elemento CQUAD4 con su material y espesor correspondiente.

3.3.4.11 Assign Mesh Attributes...

...automatically creates and a ssigns properties to selected midsurfaces based on the thickness of the solid from which they were c reated. Theoriginal "top" and "bottom" surfaces must be separated by a constant thickness. This command will not create properties which vary in thicknessalong a surface. You will be prompted with a question asking "OK to Consolidate Properties by Thickness?". If you answer No, each selectedsurface will have an individual property created re presenting the thickness of that portion of the model and assigned to that surface only. If youanswer Yes, you will also be prompted for a "thickness percenta ge tolerance" and a ny surfaces which have the same thickness, within the specifiedtolerance, will have a single property create d for all of them, then a ssigned. Along with the property information, the mesh options on each surfacewill set to use the Quad surface mesher.

Note:The "thickness percentage tolerance" is set to a very small number (.1% or .001) in order for the most accurate model to be created. Thistolerance can be raised to create less properties, but this may not produce the most accurate finite element model.


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Asignación de propiedades del material y tipo de elemento a la geometría

Detalle de las propiedades del Perfil Omega


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q 4.2. Asignar Atributos en Barra de CobreVamos a cargar un material desde la librería de materiales de FEMAP para asignarlo más adelante a las propiedades del elemento sólido hexaédrico con el que mallaremos la barra de cobre:

Mediante la orden " Model > Material > Load " seleccionamos un material de la l ibrería de FEMAP que corresponda con el Cobre, por ejemplo "Chromium Copper ". Las propiedades son lassiguientes (hemos puesto en pantalla las unidades):

UNIDADES EN FEMAP

Abro un paréntesis para comentar el tema de unidades en FEMAP: veréis, es fundamental configurar el programa correctamente, debe ser el primer paso que se debe hacer cuando se a bra FEMAP por primera vez. Debéis ir a "File > Preferences... > Geometry/Model" y establecer lasunidades de longitud en las que se va a trabajar en FEMAP (metros, milímetros o pulgadas). Personalmente me encuentro muy cómodo usandomilímetros como unidad de longitud.

Cuando se carga FEMAP por primera vez la librería de materiales por defecto es "material.esp" que está en en el sistema de unidades PSIamericano (lbf, psi, inches). Si en el paso anterior has esta blecido "milímetros" como tu unidad de longitud entonces en "File > Preferences... >

Library/Startup" deberás ca rgar el fichero de propiedades de materiales en sistema METRICO para que el modelo de elementos finitos seacoherente. En el campo " Material" deberás navegar hasta el directorio donde hayas instalado FEMAP & NX Nastran y seleccionar el fichero:"mat_eng_mm-N-tonne-degC-Watts.esp". En este fichero las propiedades de material están e n las siguiente unidades:

FEMAP Version 9.3 Material Library$ Engineering Materials Library for FEMAP v10.1 in Metric Units$ Notes:$ Units are as f ollows:$ E : MPa (N/mm^2)$ G : Mpa$ NUXY : dimensionless$ Expansion Coefficient Alpha, a : mm/mm/degC$ Conductivity, k : Watt/mm-degC$ Specific Heat, Cp : J/Tonne-degC$ Stress Limits, SIGYLD : Mpa$ Mass Density : Tonne/mm^3$ Reference Temperature : degC


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Seguidamente con la orden " Mesh > Mesh Control > Attributes on Solid " seleccionamos el sólido correspondiente a la Barra de Cobre , pulsamos "OK" y en "Select Mesh Property" pulsamos

en el icono de creación de una nueva propiedad, en la nueva ventana "Define Property - PLOT PLANAR Element Type" (que es el úl timo tipo de elemento creado) pulsamos sobre

el botón "Elem/Property Type..." y en la ventana "Element / Property Type" seleccionamos "Solid" que corresponde a un elemento sólido, pulsamos "OK" :

Aplicación de atributos en sólidos


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De vuelta en "Define Property - SOLID Element Type" en el campo "Title" escribimos un nombre de propiedad, por ejemplo "Barra de Cobre CHEXA(8)" y en el campo "Material"

seleccionamos la propiedad "2...Chromium Copper " creada anteriormente, y pulsamos "OK":

En "Select Mesh Property" pulsamos en "3...Barra de Cobre CHEXA(8)" y finalmente pulsamos "OK". De esta forma hemos creado una propiedad de tipo de elemento con sucorrespondiente material y se ha asignado a la geometría.

q 4.3. Asignar Atributos en PasatapasDe forma similar asignamos atributos a los sólidos que forman el Pasata pas:

Con " Mesh > Mesh Control > Attributes on Solid " seleccionamos los dos sólidos Pasatapas , pulsamos "OK".

En "Select Mesh Property" pulsamos en el icono .

En "Element/Property Type" seleccionamos "Solid" que corresponde a un elemento sólido, pulsamos "OK":


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En "Define Property - Solid Element Type" en el campo "Title" escribimos el nombre "Pasatapas CHEXA(8)" y en el campo "Material" pulsamos en el icono de creación de nuevo

material :

En la nueva ventana "Define Material - ISOTROPIC" pulsamos "Load" para cargar un material incluido en la librería de materiales de FEMAP:


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En "Select From Library" seleccionamos el material EPOXY (MPa), pulsamos "OK":

En la nueva ventana "Define Material - ISOTROPIC" vemos las nuevas propiedades, pulsamos "OK":


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En "Define Property - Solid Element Type" ya hemos asignado el material a la propiedad nº 4 titulada Pasatapas CHEXA(8), pulsamos en "OK":

Y por último en "Select Mesh Property" pulsamos en la ú ltima propiedad creada "4...Pasatapas CHEXA(8)" ( ) y la asignamos a la geometría pulsando "OK". De esta forma hemoscreado "al vuelo" una p ropiedad de tipo de elemento con su correspondiente material y se ha asignado a la geometría.

q 4.4. Definición de las Propiedades de los Elementos de Contacto Nodo-a-Nodo (CGAP)Ya que estamos definiendo propiedades vamos a aprovechar para definir las propiedades de los elementos de contacto 1-D "nodo-a-nodo":

Mediante la orden " Model > Property..." pulsamos sobre el botón "Elem/Property Type..." de la ventana "Define Property - SOLID Element Type" (que es el úl timo tipo de elementocreado).

En "Element / Property Type" seleccionamos "GAP" que corresponde a un elemento de contacto nodo-a-nodo del tipo "1-D Line Elements", y pulsamos "OK".

En "Define Property - GAP Element Type" en el campo "Title" metemos un nombre, por ejemplo "Contacto Nodo-a-Nodo CGAP".

En las propiedades del elemento CGAP definimos la separación inicial del elemento de contacto "Initial Gap = 0" y l a rigidez a compresión del elemento de contacto CGAP cuando trabaja

a compresión. Un valor de "Compression Stiffness = 1e6" es razonable. Si dejamos "Tension Stiffness = 0." significa que el elemento de contacto CGAP únicamente va a trabajar acompresión.


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Propiedades del elemento CGAP

El manual de NX NASTRAN 7.0 dice lo siguiente sobre el elemento CGAP.

Gap and Line Contact Elements

In NX Nastran, you can define gap and friction elements are specified on a CGAP entry. The element coordinate system and nomenclature areshown in figure above. CID is required, if it is used to define the element coordinate system. Otherwise, the X -axis of the element coordinatesystem, xelem , is defined by a line connecting GA and GB of the gap element. The orientation of the gap element is determined by vector similar to the definition of the beam e lement, which is in the direction from grid points GA to GO or defined by (X1, X2, X3).

Gap Element Coordinate Systems

The properties for the gap elements are defined on the PGAP entry. The initial gap opening is defined by U 0 . If the gap is closed (U A − U B ≥ U 0 ),the axial stiffness (KA ) has a very large value (relative to the adjacent structure). When the gap is open, there is a small stiffness KB in the axialdirection.

NX Nastran includes two types of gap elements: nonadaptive and adaptive. When you use the nonadaptive GAP element, you specify theanisotropic coefficients of friction (μ1 and μ2 ) for the frictional displacements. Also, the anisotropic coefficients of friction are re placed by thecoefficients of static and dynamic friction μs and μk . On the PGAP continuation entry, the allowable penetration limit T max should be specified because there is no default. In general, the rec ommended allowable penetration T max is about 10% of the element thickness for plates or theequivalent thickness for other elements that are connected by GA and GB. When T max is set to zero, the penalty values will not be adjustedadaptively.

Gap element forces (or stre sses) and relative displacements are requested by the STRESS or FORCE Case Control command and computed in theelement coordinate system. A positive axial force F x indicates compression. For the element with friction, the magnitude of the slip displacement isalways less than the shear displacement after the slip starts. For the element without friction, the shea r displacements and slip displacements have


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the same value.

q 4.5. Definición de las Propiedades de los Elementos de Soldadura Punto-a-Punto (CWELD)Y seguidamente definimos las propiedades de los elementos de contac to 1-D "nodo-a-nodo":

Mediante la orden " Model > Property..." pulsamos sobre el botón "Elem/Property Type..." de la ventana "Define Property - GAP Element Type" (que es el úl timo tipo de elemento creado).

En "Element / Property Type" seleccionamos "Weld/Fastener " que corresponde a un elemento de soldadura punto-a-punto del tipo "Other Elements", y pulsamos "OK".

En "Define Property - W ELD/FASTENER Element Type" en el campo "Title" metemos un nombre, por ejemplo "Soldadura Pto-a-Pto Ø5mm CWELD".

En las propiedades del elemento CWELD asignamos el material "1..Acero (MPa)".

En el campo "Weld Type = CWELD".

En el campo "Weld Property Values" definimos también el diámetro de la soldadura mediante "Diameter = 5.0". La opción "Spot Weld" en nuestro caso nos da igual activarla que no, ya

que la longitud real como la efectiva del elemento CWELD Le = 1/2(ta+tb) es la misma, ya que los nodos del elemento CWELD corresponden a la superficie media de los elementos ShellCQUAD4 conectados mediante el elemento CWELD.

Propiedades del elemento CWELD

El manual de NX NASTRAN 7.0 dice lo siguiente sobre el elemento CWELD.

CWELD Connector Element

The CWELD element and c orresponding PWELD property entries let you esta blish connections between points, elements, patches, or any of their

combinations. Although there are a number of different ways to model structural conne ctions and fasteners in NX Nastran, such a s with CBUSH or CBAR elements or RBE2s, CWEL DS are generally easy to generate, less error-prone, and always satisfy the c ondition of rigid body invariance.

CWELD Connectivity Definition

You define the connectivity for a weld element with the CWELD Bulk Data entry. You can create connections conventionally, from point-to-point,or in a more advanced fashion between elements and/or patches of grid points. In the case of elements and patches, actual weld attachment pointswill usually occur within element domains or pa tches and will be computed automatically, with corresponding automatic crea tion of necessary grid points and degrees-of-freedom. Element- and patch-based connections, moreover, eliminate the need for congruent meshes. Reference grids thatdetermine spot weld spacing, for example, can be de fined beforehand which, when projected (using the CWELD entry) through the surfac es to beattached, uniquely determine the weld elements’ location and geometry.

With the CWELD element, you can choose between three different conectivity options:

Patch-to-patch

Point-to-patch

Point-to-point

Finite Element Representation of the Connector

For all connectivity options, the CWELD element itself is modeled with a special shear flexible beam-type element of length L a nd a finite cross-sectional area which is assumed to be a circle of diameter D, as shown in the figure above. Other cross sections will be added in the f uture. Thelength L is the distance from GA to GB. An e ffective length is computed if TYPE=“SPOT” or if grids GA and GB are coincident. The element hastwelve (2x6) degrees-of-freedom.

CWELD Element

For the point-to-patch and patch-to-patch connection, the degrees-of-freedom of the spot weld end point GA are constrained as follows: the 3


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translational and 3 rotational degrees-of-freedom are c onnected to the 3 translational degrees-of-freedom of each grid GAi with constraints fromKirchhoff shell theory

El manual de FEMAP dice lo siguiente sobre el elemento CWELD:

Weld/Fastener Element Properties

Weld/Fastener connector elements a re only available for NX Nastran. Only isotropic materials (MAT1 entries in NASTRAN) can be used as thematerial for a weld/fastener element. First choose if you are creating a CWELD or a CFAST property in the Weld Type section.

CWELD

There are a few options to choose in the " Define Property - WELD/FASTENER Element Type" dialog box when CWELD is used.

Diameter - This value represents the diameter of the weld. The diameter, length, and material are used to calculate the stiffness of theconnector in 6 directions.

Spot Weld - When this option is on, "SPOT" is written to the TYPE field on the PWELD entry. This causes the ac tual length of the weldelement to be ignored and instead the stiffness is calculated using an effective length (Le). Le = 1/2 (ta + t b), where ta and t b are thethicknesses of the shell elements A and B which are being connected with the weld.

Eliminate M-Set DOF - When this option is checked, it writes out "OFF" for the MSET field on the PWEL D entry in the Nastran Bulk Data File. With MSET = OFF, the 2x6 c onstraint equations are built into the stiffness matrix of the CWEL D element thereby condensing the2x6 degrees of freedom of the nodes used to c reate the weld connection. This option is available for 0..Elem to Elem, 1..Elem to ElemVertex, 5..Nodes to Nodes, and 6..Nodes to Elem Vertex weld types (E LEMID and GRIDID) only.

5. Mallado de ComponentesUna vez definidas los tipos de elementos y propiedades de materiales y asignado todo a la geometría el proceso de mallado es inmediato, veréis que rápido.

q 5.1. Mallado con elementos 3-D Hexaédrico CHEXA(8)Mediante la orden " Mesh > Geometry > HexMesh Solids..." seleccionamos los sólidos correspondientes al Portatapas y Barra de Cobre, y en la ventana "Hex Mesh Solids" simplemente aceptamostodas las opciones por defecto, FEMAP automáticamente "mergeará" todos coincidentes entre componentes y asignará el atributo correspondiente a cada elemento en función de la geometría ala que pertenezca. La malla l a tenéis en la siguiente imagen:

q 5.2. Mallado con elementos 2-D Shell CQUAD4

Mediante la orden " Mesh > Geometry > Surface... > > On Solids" seleccionamos las superficies de la placa base y el perfil omega y FEMAP mallará con elementos Shell CQUAD4 de


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acuerdo con las propiedades asignadas a cada superficie.

Mediante la orden "View > Options > Element - Orientation/Shape > 3..Show Cross Section" podemos visualizar de forma virtual los elementos Shell con su espesor real, o con "View > Options > Element -

Orientation/Shape > 0..Line/Plane Only" veremos los elementos Shell en modo plano. Lo habitual es visualizar la malla en modo plano, pero la repre sentación virtual nos ayuda a ver ificar que el modelo estácorrectamente definido.


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q 5.3. Mallado con Elementos 1-D de Contacto CGAPHemos particionado las superficies medias del perfil omega y placa base para que las mallas sean 100% congruentes, de esta forma los nodos entre ambas placas son perfectamente c oincidentes y es posible definir contactos mediante elementos CGAP nodo-a-nodo. Este método es muy eficiente y se puede utilizar únicamente en el caso de geometrías regulares. En el caso de mallas 3D la alternativa e s utilizar elementos decontacto Superficie-a-Superficie.

Ejecutamos la orden " Mesh > Connect > Closest Link..." y en la ventana "Entity Selection - Select Node to Generate From" pulsamos en y seleccionamos la opción "on Surface":


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Elementos de contacto CGAP nodo-a-nodo

En "Entity Selection - Select Node to Generate From (On Surfaces)" seleccionamos los nodos de las superficies correspondientes a las alas del perfil omega:


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En "Entity Selection - Select Node to Generate To (On Surfaces)" seleccionamos los nodos de las superficies de la placa base que están enfrentados con las alas del perfil omega:

En "Generate Connections Options" seleccionamos la propiedad correspondiente a los elementos GAP de contacto "5..Contacto Nodo-a-Nodo CGAP".

En "Vector Global Axis - Define Element Orientation Vector " seleccionamos la orientación de los elementos CGAP, consiste en definir cualquier vector perpendicular al elemento, por ejemplo el eje-X global, o también el eje-Y global, ambos son válidos:

Seguidamente con la orden "Delete > Model > Element..." borramos los elementos CGAP coincidentes con los puntos de soldadura:


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Elementos CGAP borrados

q 5.4. Mallado con Elementos 1-D de Soldadura Pto-a-Pto CWELDDesde " Model > Element > Type > Weld/Fastener " accedemos a " Define WELD/FASTENER Element - Select Weld Segments". Activamos las propiedades de los elementos soldadura en el campo "Property =

6..Soldadura Pto-a-Pto Ø5mm CWELD", y el tipo de soldadura en "Weld Type = 2..Elem Vertex to E lem Vertex (ALIGN)", y en los campos PATCH 1 y PATCH 2 introducimos los nodos del elemento de soldadura.


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Definición de elementos de soldadura punto-a-punto CWELD

El modelo final con los elementos 1-D CWELD de soldadura punto-a-punto, los elementos 1-D CGAP de contacto nodo-a-nodo y los elementos 2-D Shell CQUAD4 s el siguiente:


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Elementos de contacto CGAP nodo-a-nodo + elementos de soldadura CWELD punto-a-punto

q 5.5. Unión entre elementos sólidos CHEXA y elementos Shell CQUAD4En la estructura real el Pasata pas y la Placa Base se ensamblan de ta l forma que ambos componentes son coincidentes y se mantienen rígidamente unidos durante las cargas de servicio. Par a simular estecomportamiento podemos utilizar elementos rígidos RBE2 que nos permiten además unir elementos incompatibles como son los e lementos Shell y sólidos:

En la barra de herramientas debéis tener visible el icono , es una colección de "macros" de pre- y postprocesado suministradas con el programa que están escritas con el lenguaje de programación de FEMAP llamado "FEMAP Application Program Interface - API " y que permite rea lizar personalizaciones de FEMAP a la medida de cualquier usuario. FEMAP API e s el interface de programación de FEMAP basado en objetos con tecnología OLE/COM. Contiene cientos de funciones que se pueden llamar desde Visual Basic, VBA (Excel, Word, Access, ... ), C, or C++).

En CUSTOM TOOLS seleccionar la macro " Meshing > Connect Nodes on Surfaces With Rigid Elements".

En " Entity Selection - Selec t Surfaces in One Side" seleccionamos las dos surperficies del Pasatapas.

En " Entity Selection - Selec t Surfaces in Other Side" seleccionamos las dos superficies de la Placa Ba se

El resultado es el que podéis ver en la siguiente imagen, de forma rápida hemos creado una unión rígida entre dos superficies a base de elementos RBE2.

Podemos hacer e xactamente lo mismo utilizando la orden " Mesh > Connect > Closest Link..." y "Connection Type = Rigid Elements".

Creación de elementos rígidos RBE2

Con " Modify > Edit > Element " editamos cualquiera de los elementos RBE2 cre ados para ver sus propiedades, vemos que la macro acopla por defecto los grados de libertad de tra nslación (TX,TY,TZ) así como losgrados de libertad de rotación (RX,RY,RZ).

Propiedades de los elementos RBE2


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6. Definición de Cargas y RestriccionesMi consejo es asignar propiedades (tipo de elemento y material) directamente a la geometría, de esta forma podremos mallar con una misma orden el Pasatapas y la Barra de Cobre, osimultáneamente la placa base y el perfil Omega, es un método muy cómodo.

q 6.1. Borde Exterior de la Placa Base EmpotradoVamos a definir las condiciones de contorno de desplazamiento del modelo que consisten básicamente en empotrar el borde exterior de la placa base:

Aplicamos restricciones en curvas mediante " Model > Constraint > on Curve..."1.

Definimos el set#1 de restricción con el título "Bordes Placa Base Empotrados".2.

Seleccionamos los bordes exteriores de la placa base.3.

Aplicamos las restricciones TX=TY=TZ=RX=RY=RZ=0.4.

q 6.2. Carga de Presión de 1.3 bar Vamos a prescribir a la placa base una car ga de presión uniformemente repartida de valor 1.3 ba r = 0.13 MPa :

Aplicamos cargas en superficies mediante " Model > Load > on Surface..."1.

Definimos el Caso de Carga nº1 y le denominamos "Presión = 1.3 bar".2.

Seleccionamos las superficies de la placa base.

Nota: selecciona una única superficie y para las demás haz click en y usa la opción " Add Tangent Surfaces" y seguidamente haz click en el icono y verás todas las superficiesde la placa base seleccionadas.

3.


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En "Create Loads on Surface" escribe un nombre para describir la carga, selecciona el tipo de carga "Pressure" y mete el valor de 0.13:4.

7. Control de la Calidad de la MallaEn FEMAP crear modelos con mala calidad de malla no tiene justificación, el p rograma dispone de gran cantidad de recursos para verificar la bondad del mallado.

q 7.1. Meshing ToolboxFEMAP incluye numerosas herramientas de manipulación y edición tanto de la geometría como del mallado agrupadas en lo que se denomina Meshing Toolbox. Una de estas her ramientas denominada Mesh Quality permite chequear visualmente la distorsión de la malla:


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q 7.2. Element DistorsionFEMAP incluye en "Tools > Check > Distorsion" una herramienta para controlar la calidad de la malla

Check Element Distortion8702 El ement ( s) Sel ected. . .

El ement Aspect Rati o Taper Alt ernate Taper I nternal Angl es Warpi ng Nastr an Warp Tet Col l apse J acobi an Combi ned 5015 1. 73579 1. 73579 0. 324 22.5654 1. 98237 0. 0. 56162 0. 74412 5016 2. 10041 1. 71656 0. 4544 42.8869 2. 00426 0. 0. 51001 1. 5017 1. 45242 1. 33896 0. 21652 26.5117 3. 7196 0. 0. 44736 0. 53489 5018 1. 89558 1. 89558 0. 31312 39. 6294 1. 52717 0. 0. 57554 1. 5020 2. 57143 2. 03198 0. 37884 55. 6076 0. 61057 0. 0. 59338 1. 5021 1. 78224 1. 78224 0. 37382 44. 9137 1. 23635 0. 0. 61554 1. 5022 1. 82145 1. 70908 0. 41091 43. 8979 1. 11981 0. 0. 58585 1. 5027 4. 34509 1. 56459 0. 32837 46. 1493 2. 19519 0. 0. 27235 1. 5028 3. 33401 1. 527 0. 21746 34. 976 2. 19519 0. 0. 4028 1. 5031 4. 44862 1. 73926 0. 27622 8. 50077 1. 97714 0. 0. 55089 0. 67263 5032 4. 34509 1. 76584 0. 4412 57. 615 4. 48445 0. 0. 49262 1. 5033 2. 84663 1. 74841 0. 34113 29.9249 4. 37258 0. 0. 55076 0. 98998 5039 2. 25235 1. 35179 0. 2728 36.0402 10.4179 0. 0. 51177 1. 5042 1. 99433 1. 48752 0. 19609 31. 2883 23. 0023 0. 0. 55693 1. 5044 2. 14192 1. 28886 0. 15557 28.6216 2. 66875 0. 0. 37811 0. 81622


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q 7.3. Suma de CargasFEMAP incluye en "Tools > Check > Sum Forces..." una herramienta para obtener un sumatorio de todas las cargas aplicadas n el modelo, en nuestro caso la carga de presión de 1.3 bar supone aplicar una carga totalde FZ=29475 N, valor que nos será útil para contrastar c on las reaciones obtenidas en el c álculo y conocer asi la bondad de los resultados.

Check Sum of Forces

Summation of Forces, Moments and Pressures for Set 1 (CSys 0)

Nodal Force FX = 0. FY = 0. FZ = 0. Nodal Moment MX = 0. MY = 0. MZ = 0. Pressure Force FX = 0. FY = 0. FZ = 29475.

Totals (CSys 0)

About Locati on X = 0. Y = 0. Z = 0. Forces FX = 0. FY = 0. FZ = 29475. Moment s MX = -5297381. MY = - 1608847. MZ = 0.

8. Definición del Análisis Estático LinealEn "Model > Analysis > New" definimos el análisis estático lineal utilizando el solver NX NASTRAN:

En "NASTRAN Executive and Solution Options" recomiendo activar el número de procesadores presentes en tu ordenador, de esta forma NX NASTRAN aprovecha todas las CPUsdisponibles y acelera de forma notable el proceso de cálculo (en mi caso dispongo de un p rocesador QUADCORE con 4 CPUs y 8 GB de RAM corriendo vajo Windows Vista x64).

En general todas las opciones son por defecto, pero en este caso es FUNDAMENTAL activar en el "NASTRAN Bulk Data Options" la opción "GAPs as Contact", de lo contrario loselementos CGAP nodo-a-nodo actuarán como simples muelles, en vez de elementos de contacto de sólo-compresión. El elemento CGAP debe impedir que un elemento penetre en elotro, pero permitir que ambos elementos se separen libremente. El resto de opciones por defecto.


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../..

9. Ejecución del Análisis Estático Lineal (SESTATIC SOL101)Para ejecutar el análisis vamos a "Model > Analysis" y hacemos click en " Analyze":

Parámetros del Análisis Estático Lineal (SESTATIC SOL101)

Las siguientes imágenes muestran el "NX NASTRAN Analysis Monitor " donde podemos seguir el progreso de la solución. La imagen de la iquierda muestra el progreso de la creación de lamatriz de rigidez mediante el Direct Sparse Solver. La imagen de la derecha muestra la gráfica de convergencia de las iteraciones de contacto (en este caso con 8 iteraciones ha conseguido laconvergencia). También podemos visualizar los ficheros de resultados de NX NASTRAN *.log, *.f04 y *.f06. Tiempo de solución: 35 segundos.


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Ejecución del Análisis Estático Lineal (SESTATIC SOL101)

10. Postprocesado de Resultados del Análisis Estático Linealq 10.1. Equilibrio entre Cargas y Reacciones (N)Lo primero es c omprobar en fichero de resultados generado por NX NASTRAN (*.f06) que las re acciones (SPCFORCE RESULTANT) están en equilibrio con las cargas (OLOAD RESULTANT). En efecto, elsistema está en equilibrio, RFZ=-29475 N.

0 OLOAD RESULTANT

SUBCASE/ LOAD DAREA I D TYPE T1 T2 T3 R1 R2 R30 1 FX 6.977163E-13 - - - - - - - - - - - - - 3.139723E-11 1. 592617E-10

FY - - - - 3.981256E- 13 - -- - 1.791565E-11 - - -- 8.701965E- 13FZ - - - - - - - - 2. 947503E+04 - 5.297384E+06 - 1.608847E+06 - - - -MX -- - - - - - - - - - - 0.000000E+00 -- - - - - - -MY - - - - - - - - - - - - - - - - 0. 000000E+00 - - - -MZ -- - - - - - - - - - - - - - - - - - - 0.000000E+00

TOTALS 6. 977163E- 13 3. 981256E- 132.947503E+04

- 5. 297384E+06 - 1. 608847E+06 1. 601319E- 10

0 SPCFORCE RESULTANT

SUBCASE/ LOAD DAREA I D TYPE T1 T2 T3 R1 R2 R30 1 FX - 3.969831E-09 - - - - - - - - - - - - 1.787121E-07 - 1. 616263E+04

FY - - - - 1.823885E-07 - - - - 8.207544E-06 - - - - 1. 616256E+04FZ - - - - - - - - - 2. 947503E+04 5.387866E+06 1.607864E+06 - - - -MX - - - - - - - - - - - - -9 .048209E+04 - - - - - - - -MY - - - - - - - - - - - - - - - - 9. 829887E+02 - - - -MZ - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 6. 719186E-02

TOTALS - 3. 969831E- 09 1. 823885E- 07 -2.947503E+04 5. 297384E+06 1. 608847E+06 0. 000000E+00

q 10.2. Resultados de Desplazamientos (mm)La siguiente imagen muestra los valores de desplazamientos resultantes (a esca la exagerada, claro), más de 23 mm en una placa de 2 mm de espesor!!. Veréis, un problema se debe considerar como NO LINEAL POR LA GEOMETRÍA cuando el desplazamiento resultante es del orden de l espesor del elemento, en este caso es evidente que tenemos un problema no lineal por la existencia de grandes desplazamientos. Este tipo desituaciones son muy comunes en la industria, un cálculo estático lineal no captura la "rigidez de membrana" extra que se produce cuando la estructura está trabajando en tensión, ya lo explicaremos más adelantecuando hablemos de cálculo no lineal:


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Resultados de desplazamientos (mm) del Análisis Estático Lineal (SESTATIC SOL101)

q 10.3. Resultados de Tensiones vonMises (MPa)La siguiente imagen muestra los valores de tensiones vonMises (a escala exagerada) en los elementos Shell CQUAD4: ha quedado demostrado que no son valores a tene r en consideración ya que el análisis estáticolineal no es válido, simplemente los pongo para compararlos con los resultados del siguiente análisis no lineal.

Resultados de tensiones vonMises (MPa) del Análisis Estático Lineal (SESTATIC SOL101)

En resumen, el problema se complica al comprobar que los resultados de desplazamiento resultantes tienen un valor de 11.5 veces el espesor del elemento , por tanto existe como mínimo un

comportamiento No Lineal por la geometría (Large Displacements effect) y será necesario resolver el problema como NO LINEAL y comparar resultados con la solución lineal, pero ésto seráobjeto de una 2ª parte.

Espero que el tutorial os haya resultado útil e interesante!!.


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Tutorial FEMAP & NX NASTRAN_ Análisis Lineal de Soldaduras Punto a Punto (CWELD) -- 1ª Parte

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