25.- ANÁLISIS DE FRECUENCIAS (SOL103) DE UN ENSAMBLAJE CON CONTACTOS “SURFACE-TO-SURFACE”

Hola!,
Más de una vez los usuarios de FEMAP y NX NASTRAN me han hecho la siguiente pregunta: ¿Cómo realizar un análisis dinámico de frecuencias (SOL103) de un ensamblaje considerando el contacto “superficie-a-superficie” entre piezas permitiendo que los componentes se desplacen entre sí pero que no penetren unos con otros?. Con NX NASTRAN no hay problema: el solver permite realizar lo que se conoce como un “pre-stiffness modal analysis” a través del comando STATSUB calculando la matriz de rigidez diferencial que incluye la matriz de contacto (función ya disponible en NX Nastran V5.0 desde Abril 2007, ver http://www.iberisa.com/productos/nxnastran/nx_nastran_v5.htm).

MODOS NORMALES

Las siguientes imágenes corresponden a los primeros modos de vibración del ensamblaje sin considerar ningún tipo de contacto, se aprecia la existencia de penetración libre entre componentes.

Mode#1 = 1190.027 Hz

Mode#3 = 1456.516 Hz

MODOS CON CONTACTO

En las siguientes imágenes se muestran animados los modos de vibración #1 y #3 del ensamblaje considerando el contacto “superficie-a-superficie” sin penetración. Además de evidenciarse una forma del modo diferente, el valor numérico de la frecuencia (Hz) de los modos con contacto es notablemente superior (f1=1728 Hz con contacto vs. f1=1190 Hz sin contacto), por tanto a igualdad de masa se demuestra que la rigidez es superior en el modelo considerando el contacto “superficie-a-superficie“.

Mode#1 = 1728.475 Hz

Mode#3 = 2377.522 Hz

El procedimiento aquí explicado abre la puerta a realizar cálculos de frecuencias (SOL103) considerando no sólo contacto “superficie-a-superficie”, sino también ver el efecto de las cargas de tracción o compresión en el comportamiento modal de la estructura, capturando el efecto de rigidización por tensión (stiffening effect) o debilitamiento por cargas de compresión (softening effect).

En el siguiente vídeo explico la forma de hacerlo en FEMAP V10.3, espero que os sirva!!.

Descargar vídeo (242 MB, 27 min.): http://www.megaupload.com/?d=78PM37CT

Saludos,
Blas.

13 thoughts on “25.- ANÁLISIS DE FRECUENCIAS (SOL103) DE UN ENSAMBLAJE CON CONTACTOS “SURFACE-TO-SURFACE”

  1. Muy Buen Tutorial, es de gran ayuda para los usuarios de FEMAP, gracias Blas por los Trucos de contactos, spiders, y parametros de Nastran en el calculo.
    Una Ayuda Valiosa!!!

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  2. Hola muy buena explicacion y sobre todo muy interesante esta metodologia. Quisiera saber si es posible que envies el archivo .DAT a mi mail, me gustaria hacer una prueba ya que no cuento con NX NASTRAN pero si con MSC. Saludos y Gracias

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    • Estimado Jorge,
      Desconozco si la actual versión de MSC-Nastran 2015 es capaz de soportar contactos “surface-to-surface” en Análisis Estático Lineal (SOL101) y utilizar la matriz de contacto en un análisis de valores propios (SOL103) para calcular las frecuencias de vibración de la estructura, por lo menos hasta hace un par de años no era posible, había que utilizar la solución 400.

      Aclarar que con NX NASTRAN en un análisis modal (SOL103) los contactos no funcionan de la misma forma que en análisis estático lineal (SOL101) donde se aplican cargas y el solver realiza en todo momentos iteraciones de contacto para ver cómo trabaja cada elemento de contacto: a tracción o a compresión. En análisis modal se ejecuta lo que se denomina “pre-stiffened modal analysis” que añade a la matriz modal la matriz de contactos.

      El proceso consiste en resolver un SUBCASE estático lineal con cargas + contacto (SOL101). Una vez que la solución de contacto está resuelta, la matriz de rigidez final (así como la rigidez diferencial) se usa para aumentar la matriz de rigidez estructural en el siguiente análisis de valores propios (SOL103). El efecto de la matriz de contacto es similar al contacto tipo GLUE en las zonas trabajando a compresión: las dos caras están pegadas en dichas posiciones y el contacto no se abre o cierra en los siguientes modos de vibración, una vez determinado lo que se cierra o se abre permanece sin cambios en los siguientes modos, OK?.

      Esta aproximación es una simplificación suficiente cuando el contacto no se espera que cambie de forma significante en función de la respuesta. Un ejemplo típico puede ser el caso de unir dos sólidos grandes con montón de tornillos, por ejemplo la unión con contacto de una brida.
      Saludos,
      Blas.

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  3. Hello,
    can you help me? I applied almost everything you asked to do.In the modes i have NASTRAN takes into consideration the contact (it is perfect), but it does not take into account the preload.
    I am more comfortable with the SOL 106 for prestressed systems but I can not use it because it is not supporting the glue contact.
    here is my .bdf (PATRAN), is there a mistake?
    Thanks you

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  4. Dear Raynald,
    Your input is not compatible with the NX NASTRAN format, each solvers msc nastran & nx nastran both are mostly compatibles (I would say more than a 98% of the code) but regarding contacts both have different commands to manage contacts.

    With NX NASTRAN a contact condition can be included in a normal mode solution (SOL 103), and in an optional dynamic response calculation (SOLs 111 and 112). In the normal mode solution, contact stiffness result is added from the end of the converged linear statics contact solution. The contact stiffness values in the normal mode solution represents the final contact condition of the structure around the contact interface. Thus, it will appear that the resulting contact edges or surfaces are attached during the normal mode analysis. Since the calculated normal modes include the final contact interface conditions, the response calculation (SOLs 111 and 112) which use these normal modes automatically include the same conditions.

    The inputs for the normal mode solution are consistent with differential stiffness solutions which require a linear statics subcase. The difference is that the linear statics subcase should include the BCSET case control command. When defining the normal modes subcase, a STATSUB case control command must be included to reference the subcase id containing the contact definition. The contact solution in the linear statics subcase must fully converge before moving to the normal mode portion of the run.

    Best regards,
    Blas.

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  5. Thanks you for you time.
    I have added STATSUB but I do not know what to put for the parameter BCSET (BCSET = ????) in my case. Because without BCSET modes I get take good account of contacts but do not take into account the load (the pre-stress).
    SOL 103
    CEND
    ECHO = NONE
    BCONTACT = 0
    NLSTEP = 1
    METHOD = 1
    SPC = 2
    LOAD = 2
    BCSET = ??????????????
    DISPLACEMENT(SORT1,REAL)=ALL
    SPCFORCES(SORT1,REAL)=ALL
    STRESS(SORT1,REAL,VONMISES,BILIN)=ALL
    SUBCASE 1
    SUBTITLE=Default
    BCONTACT = 1
    SPC = 2
    SUBCASE 2
    SUBTITLE=Default
    METHOD = 1
    STATSUB = 1
    VECTOR(SORT1,REAL)=ALL
    BEGIN BULK
    PARAM POST 0
    PARAM PRTMAXIM YES
    EIGRL 1 10 0
    BCTABL1 0 8004
    BCONECT 8004 3001 2 1
    BCONPRG 3001 IGLUE 2
    BCTABL1 1 8004

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    • Hola!,
      En efecto, en un futuro inmediato todas las potentes capacidades del solver SAMCEF de LMS cada vez estarán más incluidas dentro del solver NX NASTRAN de SIEMENS, la razón muy sencilla: la compra de LMS por SIEMENS PLM. Las capacidades de análisis no lineal de composites son muy potentes en SAMCEF, así que la nueva versión de NX NASTRAN V11 en el nuevo módulo No Lineal Multi-Step (SOL401) -genuino y nativo SIEMENS- ya incluye capacidades tan potentes como “New cohesive element for modeling delamination of composite materials”, OK?.
      Saludos,
      Blas.

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