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.
Femap y Simcenter Nastran 
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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would it be possible to reupload the video?
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Podrias enviar el archivo dat de este ejemplo
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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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is this possible to do in MSC NASTRAN?
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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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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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or can you just send me your input file of this exemple, and i will compare
Gracias
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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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please can you share this example files
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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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Blas
can i have just your input file?
Best Regards
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samtech samcef = NX NASTRAN ??? ES una duda que tengo, ya que no veo muchos videos de este software
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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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Buenas tardes Blas.
Excelente artículo!
Estoy realizando algunas pruebas con MSC NASTRAN para implementar la metodología del análisis modal en mi empresa.
Siguiendo tus pasos he conseguido realizar varios modelos y correlarlos con artículos de investigación, por lo que la metodología mejora significativamente la predicción de frecuencias naturales en estructuras con precarga o contactos.
A modo resumen te comento las pruebas que he realizado y algunas dudas que me han surgido en algunos modelos a ver si fueras tan amable de aclarármelas.
Viga biarticulada:
1- Normal modes + preload (sol 103 con SUBSTAT) –> OK
2- Non linear Normal modes + preload (sol 106 con METHOD) –> OK
3- Non linear Normal modes + preload (sol 106 preload + restart en sol 103) –> OK
Viga en empotrada apoyada: (el apoyo lo he considerado con un elemento GAP)
4- Normal modes + preload (sol 103 con SUBSTAT) –> la rigidez del elemento GAP que considera para la matriz de rigidez diferencial es la rigidez a compresión del GAP? Si es así, entonces OK
5- Non linear Normal modes + preload (sol 106 con METHOD) –> Aquí me he encontrado que la matriz de rigidez diferencial que obtiene depende de la precarga. Me explico.
– Si no considero precarga alguna, la matriz de rigidez diferencial obtenida no tiene en cuenta el elemento GAP (o mejor dicho, considera la rigidez de apertura del elemento). Las frecuencias que obtengo son las frecuencias del caso de viga en voladizo. En este caso el GAP no tiene influencia.
– Si considero un pequeño desplazamiento, la matriz de rigidez diferencial que obtiene es considerando la rigidez de cierre del elemento GAP.
Para mi sorpresa, es indiferente considerar un desplazamiento que haga trabajar el GAP a tracción o a compresión, la matriz de rigidez diferencial considera siempre la rigidez de cierre del GAP. No sé si esto tiene que ver por como se ensamblan las matrices de rigidez al inicio del cálculo.
– Si considero fuerzas para hacer trabajar el GAP a tracción o compresión, la matriz de rigidez diferencial si considera si el elemento GAP esta abierto o cerrado.
Con todo esto me pregunto como afectará modelar varios elementos GAP en un modelo a la hora de obtener las frecuencias naturales, se considerará el estado (abiertos o cerrados) de todos y cada uno de ellos cuando actúa una precarga. Y si es así, es una matriz de rigidez única para todo el modelo? ya que el estado de los elementos GAP (abierto/cerrado) no será el mismo para cada modo de vibración. Supongo que el análisis modal no deja de ser una aproximación lineal al problema y para considerar de forma más precisa el contacto en la vibración nos tendríamos que ir a resolver el modelo mediante integración directa o con un solver explicit.
Por último, he podido ver en tus vídeos y los comentarios que has ido haciendo en diferentes foros, que NX Nastran usa BCSET para establecer el contacto y poder considerar la matriz de rigidez diferencial del contacto. MSC NASTRAN no tiene el comando BCSET, usa BCONTACT para iniciar el contacto de elementos 3D en el sol 101. Cuando trato de realizar el cálculo de Normal modes + preload (sol 103 con SUBSTAT), me tira un error:
^^^ USER FATAL MESSAGE 9238 (PHASE0)
^^^ GENERAL CONTACT IS REQUESTED IN PRELOAD OR BUCKLING ANALYSIS.
^^^ USER ACTION: REMOVE THE BCONTACT REQUEST
Tienes alguna idea de cómo puedo incluir el contacto en MSC NASTRAN?
Perdona por la densa lectura.
Te estaría muy agradecido si me pudieras aclarar las dudas.
Saludos
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Estimado Jesús,
Me alegra que este POST te resulte interesante, pero verás, todo lo explicado en la publicación es válido únicamente para SIMCENTER NX NASTRAN.
Saludos,
Blas.
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Gracias por responder Blas.
Y en NX Nastran pasa lo mismo con el comportamiento de los elementos GAP en el análisis modal no lineal?
Saludos
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Dear Blas,
congratulation for this post!
I’ve used this procedure in a component with prestressed bolted connection.
The contact has been modelled by mean of gap element.
I see that the shape modes have a correct behaviour, but I find this warning in a result file
USER WARNING MESSAGE 9142 (STATICS2)
THE SOLUTION FOR THE RESIDUAL STRUCTURE AND THE APPLIED LOADS FOR THE CURRENT SUBCASE ARE ZERO
Do you know why? this could be generate any problems? How could I correct that?
All the best
S
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Dear Stefano,
You need to add a loading condition (for instance the gravity effect) in the LOAD CASE since modal analysis is essentially solving the differential equation of free-vibration, then the load is not in the equation, so in SOL103 the load is ignored by default, unless using the trick of the STATSUB (other alternative method is to use SOL106).
Specifying the gravity load in a linear static subcase and including the STATSUB case control in the dynamic subcase will cause the differential stiffness to be computed and included in the normal mode eigenvalue analysis (SOL103), OK?.
Best regards,
Blas.
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Dear Blas,
thanks for your fast reply.
I’ve already create a static subcase and check that STATSUB command is present in input file.
I also see that the modes with and without load (and contact) change significantly (and is congruent to what I previewed, expecially for flange contact behaviour).
During my analyses everything is done correctly, but if I open and read the output file I receive this warning message, and I don’t understand why.
During modal analysis infact, the first output is the static result (I’ve receive the same results if I run a linear analysis alone) and the other output are the modal shapes.
Moreover, if I change the load in static subcase (in modal analysis) also mode shapes and static results change.
So it seems that everything is good, but I don’t understand why I receive this warning message.
I follow your tutorial step by step 😉
I also perform a Modal NL analysis, to check my results: the shape modes are the same, and the frequencies value are very similar.
For example:
Modal with contact – LINEAR ANALYSIS => 1st frequency 10.08 Hz
Modal with contact – NON LINEAR ANALYSIS => 1st frequency 9.85 Hz
Modal with contact – LINEAR ANALYSIS => 2nd frequency 10.41 Hz
Modal with contact – NON LINEAR ANALYSIS => 2nd frequency 10.18 Hz
Finally, if I remove static subcase in SOL 103, I give a frequency value of 7.63Hz (and different mode shape).
All the best,
S
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Dear Stefano,
I don’t see any problem here, make sure you run the latest version of both FEMAP & Simcenter Nastran, I run here FEMAP V2021.1, this is a copy of the nastran input file of a normal modes SOL103 analysis with contact & preload:
INIT MASTER(S)
NASTRAN SYSTEM(442)=-1,SYSTEM(319)=1
ID DOS,FEMAP
SOL SEMODES
CEND
TITLE = SOL103 – CON PRECARGA
ECHO = NONE
DISPLACEMENT(PLOT) = ALL
SPCFORCE(PLOT) = ALL
ESE(PLOT) = ALL
BCRESULTS(TRACTION,FORCE,SEPDIS,PLOT) = ALL
METHOD = 1
SPC = 1
BCSET = 108
SUBCASE 1
SUBTITLE = PRELOAD
SPC = 1
BOLTLD = 1
LOAD = 1
SUBCASE 1001
SUBTITLE = PRELOAD
METHOD = 1
STATSUB = 1
BOLTLD = 1
BEGIN BULK
../..
Best regards,
Blas.
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Dear Blas,
I attach the first command of my input file.
I use Femap 2020.1: Now I download the latest version of Femap, to try that.
Do you see any problem in the following line?
NASTRAN SYSTEM(442)=-1,SYSTEM(319)=1
ID modal,FEMAP
SOL SEMODES
CEND
TITLE = Modal Analysis With Contact
SUBTITLE = Modal
LABEL = Modal
ECHO = NONE
DISPLACEMENT(PLOT) = ALL
SPCFORCE(PLOT) = ALL
STRESS(PLOT,CORNER) = ALL
ESE(PLOT) = ALL
METHOD = 1
SPC = 1
BCSET = 108
SUBCASE 1
SUBTITLE = modal with contact
LABEL = modal with contact
DISPLACEMENT(PLOT) = ALL
SPCFORCE(PLOT) = ALL
OLOAD(PLOT) = ALL
MPCFORCE(PLOT) = ALL
GPFORCE(PLOT) = ALL
FORCE(PLOT,CORNER) = ALL
STRESS(PLOT,CORNER) = ALL
ESE(PLOT) = ALL
BCRESULTS(TRACTION,FORCE,SEPDIS,PLOT) = ALL
SPC = 1
LOAD = 1
TEMP(LOAD) = 3
SUBCASE 1001
SUBTITLE = modal with contact
LABEL = modal with contact
DISPLACEMENT(PLOT) = ALL
SPCFORCE(PLOT) = ALL
OLOAD(PLOT) = ALL
MPCFORCE(PLOT) = ALL
GPFORCE(PLOT) = ALL
FORCE(PLOT,CORNER) = ALL
STRESS(PLOT,CORNER) = ALL
ESE(PLOT) = ALL
BCRESULTS(TRACTION,FORCE,SEPDIS,PLOT) = ALL
METHOD = 1
STATSUB = 1
BEGIN BULK
All the best
S
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You have already Femap 2021.1 version? I’ll try with the 2020.2 version (there’s onyl there available)
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Yes, FEMAP V2021.1 is just released.
Better send me copy of your FEMAP model and I will investigate, thanks!.
Best regards,
Blas.
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