Contacto Rígido Curva-a-Superficie (GLUE Edge-to-Surface Contact), por Jim Bernard (SIEMENS PLM)

Hola!,
Las uniones rígidas tipo GLUECurva-a-Superficie” son un método simple y efectivo de unir mallas no coincidentes durante la fase del análisis (es decir, a nivel de solver) al realizar el cálculo con NX Nastran V7.1, es una capacidad específica del solver NX NASTRAN V7.1 que FEMAP V10.2 explota perfectamente y ofrece grandes beneficios para el usuario de cara a crear modelos de elementos finitos de forma rápida y eficiente.

Las capacidades de la unión rígida tipo GLUE “curva-a-superficie” son las siguientes:

  • Transferencia correcta de cargas y desplazamientos: permite obtener unos resultados exactos de tensiones y deformaciones en el interface entre elementos Shell-Shell o Shell-Solid. Los nodos en la unión no tienen que ser coincidentes.
  • En las uniones rígidas tipo GLUECurva-a-Superficie” el solver NX Nastran 7.1 crea internamente conexiones tipo soldadura para prevenir el movimiento relativo en todas las direcciones.
  • Soporta todas los tipos de análisis del solver NX NASTRAN 7.1, salvo SOL144-146, 153, 159, SOL601 y SOL701.
  • Trabaja con todo tipo de elementos Shell y Sólidos:
    • El contacto rígido “Curva-a-Superficie” se puede utilizar tanto con mallas “Shell-con-Shell” como “Shell-con-Sólido”.
    • El contacto rígido “Superficie-a-Superficie” tiene las mismas prestaciones, se puede utilizar tanto con mallas “Shell-con-Shell” como “Shell-con-Sólido”.
  • No aumenta el nº de grados de libertad del modelo (DOF) ni el tiempo de cálculo.
  • No requiere una especial manipulación ni de la malla ni de la geometría: las caras y aristas a unir no necesitan ser coincidentes, la malla tampoco, por tanto ofrece una libertad de mallado total para generar mallas con la mínima distorsión y elementos de la máxima calidad ya que no es necesario calcular intersecciones entre superficies medias, lo cual ahorra mucho tiempo de preparación de la geometría para el mallado (generar superficies medias, extender hasta la intersección, recortar, etc..).

Ejemplo: Unión en “T”

El siguiente ejemplo demuestra la eficacia y total precisión de la unión tipo GLUE “curva-a-superficie” mediante el análisis estático lineal de dos chapas en forma de “T” malladas tanto con elementos 2-D Shell como 3-D Sólidos comparando el método GLUE de NX Nastran V7.1 con los métodos clásicos de unión de mallas tales como “mergear” nodos directamente o usar elementos rígidos RBE.

Conclusiones:

  • La rigidez de la unión tipo GLUE “Curva-a-Superficie” es perfecta con elementos Shell FINOS y GRUESOS:
    • Los resultados de Desplazamientos son comparables al modelo mallado por completo con elementos sólidos 3-D CHEXA.
    • No es sensible a la distancia de la mitad del espesor (½ t1) entre la placa y el refuerzo.
  • La unión tipo GLUE “curva-a-superficie” constituye un método muy efectivo para ahorrar tiempo de pre-procesado en la creación de modelos de estructuras de chapa soldadas mediante superficies medias.
    • Las superficies medias no se tienen que extender hasta su intersección, ni ser recortadas, por tanto el proceso de mallado se simplifica mucho y es más rápido.
  • La unión tipo GLUE “curva-a-superficie” es el método de conexión preferido especialmente para unir elementos Shell GRUESOS: este detalle es muy importante, se demuestra que el método de unión tipo GLUE entre elementos Shell GRUESOS es mucho más exacto que el método clásico de unión directa “mergeando” nodos entre mallas coincidentes, en la unión tipo GLUE la fuerza de unión está distribuida sobre un área de superficie más realista, en cambio en la unión directa Shell/Shell la unión es mucho más flexible que en la realidad, el modelo Shell requiere una rigidez adicional cuanto mayor sea la superficie de solapamiento del material (es decir, cuanto mayor sea el espesor del refuerzo).
  • En resumen, la unión GLUE “curva-a-superficie” tiene una rigidez comparable al modelo sólido más exacto mallado con elementos 3-D CHEXA.
  • Además la tecnología es computacionalmente muy eficiente: se han analizado modelos con millones de elementos de conexión.
  • Existen planes para extender la tecnología a otras disciplinas.
  • La nueva versión de NX NASTRAN V8.0 incluye como novedad “glue surface tractions for solid and shell elements” disponible en análisis estático lineal SOL101, Análisis de frecuencias SOL103 y Pandeo lineal (SOL105).

El siguiente vídeo enseña cómo usar esta potente capacidad de contacto GLUE “curva-a-superficie” en FEMAP V10.2:

Saludos,
Blas.


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