7.- Mensaje de Error de NX Nastran: “Run Terminated Due to Excessive Pivot Ratios”

Este es el mensaje de error más típico y habitual que sufre el usuario de NX Nastran al ejecutar el análisis estático lineal (SESTATIC SOL101) de un modelo de elementos finitos. La causa en general se debe a la existencia de una “singularidad” en forma de mecanismo, el modelo no está correctamente restringido para prevenir movimientos de cuerpo rígido, o el usuario se ha despistado y no ha “mergeado” nodos coincidentes.

Cuando un sistema de ecuaciones lineales es “singular” significa que es imposible una única solución y por tanto la matriz de rigidez no se puede invertir. NX Nastran considera singular que un Grado de Libertad no tenga ninguna rigidez estructural, o ésta sea muy reducida. La siguiente imagen (Fig.1) constituye un caso clásico de matriz de rigidez “singular”, para que el análisis por elementos finitos tenga éxito hay que restringir correctamente el modelo (Fig.2):

Fig.1: Viga con movimiento de cuerpo rígido

Fig.2: Viga correctamenta restringida

Si miramos en el fichero de salida de NX Nastran (*.F06) veremos el mensaje de error indicando los Nodos y GDL que presentan la singularidad por movimientos de cuerpo rígido.

Una forma de “forzar” a NX NASTRAN para que resuelva el análisis sin “rechistar” es introduciendo el comando “PARAM,BAILOUT,-1” en la sección “Nastran Bulk Data“. Pero cuidado!!, este comando debe utilizarse únicamente para detectar el error de modelado y ver qué pieza sale despedida al animar los resultados de desplazamientos y corregir el modelo, PERO NUNCA CON MODELOS FINALES DE PRODUCCIÓN ya que los resultados podrían ser incorrectos.

Por ejemplo, la siguiente imagen muestra una estructura de celosía en voladizo mallada con elementos CROD uniaxiales bi-articulados que tras ejecutar el análisis estático lineal (SESTATIC SOL101) da error. En efecto, utilizando el comando “PARAM,BAILOUT,-1” conseguimos resolver el modelo, pero observando la animación de la deformada no detectamos nada extraño, la deformada es correcta, propia de una viga en voladizo, y los resultados de desplazamiento no son exagerados.

En este caso, el recurso más eficiente es ejecutar un Análisis de Frecuencias (SEMODES SOL103) mediante el cual obtendremos con NX NASTRAN los diferentes modos de vibración de valor cercano a 0.0 Hz, que justamente coincidirán con los movimientos de cuerpo rígido del modelo.

La figura inicial corresponde a la animación del primer modo de vibración de la estructura, tras cuya observación nos damos cuenta que tanto el cordón superior como el inferior están formados por “cuadriláteros articulados”, no por “triángulo rígidos”. Asimismo, las secciones transversales intermedias en los planos “Y-Z” están formadas por cuadriláteros, por tanto la estructura presenta numerosos mecanismos de movimiento de cuerpo rígido en la dirección del eje-Z (GDL T3), si no se arriostra transversalmente la estructura o no se incluyen diagonales en los diferentes cuadriláteros el diseño de “celosía biarticulada en voladizo” no es correcto.

Este recurso de análisis de frecuencias es el “truco clásico de soporte” que llevo utilizando toda la vida profesional para responder a mis clientes cuando me consultan por errores de cálculo en sus modelos de elementos finitos, es simplemente contundente y efectivo, una maravilla. Así que ya sabéis, utilizadlo cuando tengáis problemas, ¿OK?.

Os he preparado un tutorial más detallado en la siguiente dirección: http://www.iberisa.com/soporte/femap/excessive_pivot_ratios_nxnastran_error.htm

Saludos,
Blas.

6.- FEMAP TMG/Thermal: Convección Natural en un PCB

Hola!
Vamos a aprovechar las “enseñanzas” adquiridas en vídeos anteriores sobre cómo realizar con éxito en FEMAP V10.2 mallados sólidos 3D con elementos hexaédricos (CHEXA) para resolver un problema de  transmisión de calor por conducción y convección en una tarjeta de circuito impreso (Printed Circuit Board – PCB) tal como se muestra en la siguiente figura:

En cada chip se aplica una carga térmica de 5 W/in2, mientras que la parte posterior de la placa base disipa calor al exterior por convección natural con un factor de película h=0.02 W/in2ºC y Temperatura Ambiente = 20ºC

Para la resolución del problema de transmisión de calor en régimen permanente vamos a utilizar en esta ocasión el módulo de análisis térmico TMG/Thermal Basic desarrollado por MAYA Heat Transfer Tecnologies Ltd que lleva integrado en FEMAP ya desde hace muchos años y que ofrece prestaciones de análisis y simulación fluido-térmicas muy avanzadas.

En futuras publicaciones en este blog veremos ejemplos de aplicación muy interesantes de los diferentes módulos FEMAP/TMG de MAYA HTT Ltd integrados en FEMAP V10.2 para la resolución de problemas conjugados fluido-térmicos (CFD) y problemas avanzados de transmisión  de calor por conducción, convección y radiación, así como “mapeado” entre mallas “disjuntas” de resultados de temperaturas y presiones obtenidos con TMG/Thermal y TMG/Flow aplicados como cargas en el modelo estructural a resolver con NX NASTRAN, todo integrado bajo FEMAP, una pasada!!.

Si quieres repetir este tutorial en tu propio ordenador pídenos los modelos con la geometría de entrada y te lo remitimos por e-mail, es un servicio gratuito para nuestros clientes de IBERISA.

Saludos,
Blas.

Descargar vídeo (67 MB, 19 min.): http://www.megaupload.com/?d=U2YW4PLD

5.- Aplicar Cargas Directamente sobre la Malla de EF

Hola!,
Ya que FEMAP V10.2 es un Pre- y Postprocesador Universal con capacidad para importar modelos CAE de Análisis de Elementos Finitos de cualquier software FEM/FEA del mercado es muy habitual importar en FEMAP modelos de elementos finitos de programas tales como Ansys, Abaqus, MSC.Nastran, Patran, etc.. cuyos datos de entrada contienen exclusivamente información de la malla en formato ASCII (nodos, elementos, propiedades del materiales, cargas y condiciones de contorno, etc..), pero sin ninguna información geométrica. El problema al que se enfrenta el usuario es a la hora de aplicar nuevas cargas y condiciones de contorno sobre el modelo de elementos finitos ya que al no existir ninguna geometría de base es necesario aplicar todo directamente sobre la malla.

Capacidad para Importar Modelos de Análisis por Elementos Finitos incluido en FEMAP V10.2

El vídeo enseña las diferentes opciones que ofrece FEMAP para aplicar cargas y condiciones de contorno sobre la malla de EF, a saber:

• Directamente sobre la malla, aquí explico el método de selección de elementos por caras, pero existen innumerables métodos de selección.
• Alternativamente, creando superficies usando de apoyo los nodos de la malla importada en FEMAP, seguidamente asociar la geometría automáticamente con la malla y finalmente aplicar cargas directamente sobre la geometría ya que tanto nodos como elementos están ya perfectamente asociados a la geometría.

Definición de la Asociatividad Automática de “Geometría + Malla” en FEMAP V10.2

Saludos,
Blas.

Descargar vídeo (27 MB, 11 min.): http://www.megaupload.com/?d=RQUNPWZK

4.- Mallado con Elementos Hexaédricos (HEX Meshing-II)

Hola!,
En esta nueva entrada trato de explicar los conceptos básicos del mallado con hexaedros en FEMAP V10.2, a veces es mejor empezar por lo más sencillo para asegurarnos que se entienden bien las cosas.

Si quieres repetir este tutorial en tu propio ordenador pídenos los modelos con la geometría de entrada y te lo remitimos por e-mail, es un servicio gratuito para nuestros clientes de IBERISA.

Saludos,
Blas.

Descargar vídeo (232 MB, 43 min.): http://www.megaupload.com/?d=ARUSFPYH

3.- Mallado con Elementos Hexaédricos (Hex Meshing-I)

Hola!,
En este vídeo explico cómo preparar la geometría en FEMAP V10.2 para mallar con elementos sólidos 3D hexaédricos CHEXA de 8-nodos. Es fundamental dominar la técnica de mallado con elementos “brick” CHEXA y obtener mallas de buena calidad porque permiten conseguir la máxima precisión de los resultados con el menor tamaño de modelo posible.

Mallas Hexaédricas 3D (Hex Meshing)

En análisis estático lineal mallar con elementos “brick” CHEXA de 8-nodos es importante en comparación con los elementos tetraédricos CTETRA de 10-nodos, se obtiene mayor precisión de los resultados y tanto el tamaño del modelo como el tiempo de cálculo es mucho menor, pero en Análisis No Lineales o en Análisis Dinámicos Avanzados el uso de elementos hexaédricos es “crítico”, aquí no vale cualquier malla como en análisis estático lineal, la calidad debe ser máxima, la malla debe presentar la menor distorsión posible y no vale tener un modelo con digamos un millón de elementos ya que el manejo de la base de datos es imposible. En este tipo de análisis el tamaño en MBytes y número de GDL del modelo debe ser el menor posible, así que el uso de elementos tetraédricos es prácticamente prohibitivo (en problemas de contacto el tiempo de cálculo se alarga una eternidad), mientras que los elementos sólidos de alto orden CHEXA de 20-nodos son perfectos (y utilizando el parámetro “ELCV=1” podemos convertir los elementos “brick” de 20-nodos en 27-nodos con el módulo No Lineal Avanzado SOL601/701, cuyo uso es altamente recomendado en problemas de contacto!!), permiten conseguir rápidamente la convergencia de la solución, el tiempo de cálculo es reducido y la precisión del análisis máxima.

Diferentes Tipos de Elementos Sólidos 3-D Hexaédricos “CHEXA” de NX Nastran V7.1

En resumen, siempre que la geometría lo permita se debe mallar con elementos hexaédricos CHEXA con mínimo 8-nodos y olvidarse de los tetraedros CTETRA de 10-nodos. La clave está en preparar rápidamente la geometría CAD para que el mallado hexaédricos sea práctico y rápido. En este vídeo trato de explicar cómo hacerlo en FEMAP V10.2, espero que os sirva!!.

Si quieres repetir este tutorial en tu propio ordenador pídenos los modelos con la geometría de entrada y te lo remitimos por e-mail, es un servicio gratuito para nuestros clientes de IBERISA.

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Blas.

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