27.- ANÁLISIS NO LINEAL AVANZADO CON FEMAP Y NX NASTRAN (SOL601/701)

Hola!,
Detrás del módulo No Lineal Avanzado de NX NASTRAN (SOL601/701) se esconde una auténtica joya tecnológica desconocida por muchos usuarios de FEMAP: es capaz de tratar no linealidades geométricas, incluye numerosos modelos de material no lineal, no linealidades por contacto “superficie-a-superficie” y realiza los siguientes tipos de análisis:

  • No lineal avanzado estático “implícito” (SOL601, 101).
  • No lineal avanzado dinámico transitorio “implícito” (SOL601, 129).
  • No lineal avanzado dinámico transitorio “explícito” (SOL701, 129).
  • Análisis de transferencia de calor en régimen permanente (SOL601, 153).
  • Análisis de transferencia de calor dinámico transitorio (SOL601, 159).
  • Acoplamiento térmico + estructural.

ANÁLISIS DINÁMICO TRANSITORIO “EXPLÍCITO” (SOL701)

El método “explícito” se aplica a la resolución de problemas dinámicos de alta velocidad (high speed-dynamic), por ejemplo muchos problemas de deformación metálica, simular la rotura del material (crush analysis), el impacto de un vehículo contra un muro (crash analysis), explosiones, etc.. En todos los casos el tiempo de solución es comparable a la velocidad de propagación de la onda en la estructura, siendo el método “explícito” (SOL701) la opción más adecuada.

En la siguiente imagen se muestra el análisis dinámico “explícito” del choque entre diferentes bloques considerando el contacto “superficie-a-superficie” y el solver NX NASTRAN (SOL701):

El siguiente modelo muestra el impacto de un proyectil contra un muro analizado en FEMAP utilizando el solver dinámico avanzado transitorio “explícito” NX NASTRAN (SOL701) — fijaros cómo se aprecia en los resultados la propagación de la onda de choque!!:

En la siguiente imagen se aprecia mejor la ruptura de material:

La clave está en activar la opción “Allow Element Rupture” en las propiedades del análisis dinámico transitorio “explícito” (SOL701):

ANÁLISIS NO LINEAL “IMPLÍCITO” (SOL601)

A veces es difícil decidir entre ejecutar un análisis no lineal “implícito” (SOL601) o “explícito” (SOL701): el método implícito permite usar incrementos de tiempo mayores ya que es incondicionalmente estable. Sin embargo, requiere ensamblar la matriz de rigidez y resolver el sistema de ecuaciones, y es iterativo, por tanto el tiempo de cálculo por cada paso de tiempo es relativamente alto. El método explícito usa incrementos de tiempo mucho más pequeños ya que es condicionalmente estable, lo que significa que el intervalo de tiempo (Time Step Size) debe ser menor que un cierto valor de tiempo crítico, que depende del tamaño del elemento más pequeño y de las propiedades del material. Sin embargo, no requiere resolver un sistema de ecuaciones y es no-iterativo, por tanto el esfuerzo computacional por cada paso de tiempo es relativamente bajo.

  • En problemas estáticos lineales y no lineales el método implícito (SOL601) es la única opción.
  • En problemas de transferencia de calor y acoplamiento térmico + estructural el método implícito (SOL601) es la única opción.
  • En problemas dinámicos de baja velocidad (low speed-dynamic) el tiempo de análisis es considerablemente mayor que el tiempo que tarda la onda en propagarse a través de un elemento, por tanto el análisis en este caso está dominado por las bajas frecuencias de la estructura y el método implícito (SOL601) es la opción óptima. Aquí se pueden incluir muchos problemas estructurales dinámicos, algunos problemas de deformación de chapa, terremotos, o el choque de un teléfono contra el suelo (drop test).
  • Un gran número de problemas no lineales dinámicos no se pueden clasificar como de baja o alta velocidad. Aquí se incluyen muchos problemas de choque o conformado de chapa. En estos casos ambos métodos son comparables. Sin embargo, si el intervalo de tiempo es relativamente alto y no hay problemas de convergencia se recomienda usar el método de solución implícito (SOL601).
  • Los requisitos de memoria RAM son otro factor importante: para la misma malla el método explícito (SOL701) requiere menos memoria ya que no guarda la matriz de rigidez pues no requiere resolverla. Esto puede ser significativo para resolver grandes modelos.
  • Y por último, ya que el módulo de Análisis No Lineal Avanzado incluye tanto el solver implícito (SOL601) como explícito (SOL701) con formatos de entrada muy similares el usuario puede cambiar de un análisis a otro mediante RESTART. Por ejemplo, un análisis de deformación metálica se puede empezar con un análisis implícito durante la fase elástica y terminar con un análisis explícito, o en otro caso empezar con un análisis explícito y continuar con la aplicación implícita del efecto de gravedad.

La siguiente imagen muestra el contacto “superficie-a-superficie” entre una barra de acero y el fuelle de material hiperelástico, teniendo además en cuenta el contacto entre los propios pliegues del fuelle. A este tipo de contacto “consigo mismo” se le denomina “self contact” y es una capacidad exclusiva del módulo no lineal avanzado de NX NASTRAN (SOL601) — ver http://www.iberisa.com/soporte/femap/nolinealavanzado/shiftboot.htm

La siguiente imagen muestra el ensayo del vuelco de un vehículo realizado con el módulo no lineal dinámico implícito de NX NASTRAN (SOL601) — haz “clic” en la imagen para ver la animación:

La siguiente secuencia de imágenes muestra los resultados del análisis no lineal del choque de un celular contra el suelo (Drop-Test) realizado con el solver NX NASTRAN (SOL601):

En la siguiente imagen se muestra un problema de contacto “superficie-a-superficie” entre piezas de plástico resuelto mediante “control por desplazamiento” con el solver no lineal estático “implícito” NX NASTRAN (SOL601):

Otro ejemplo de Análisis No Lineal Avanzado de contacto “consigo mismo” realizado con el solver NX NASTRAN (SOL601) — haz “clic” en la imagen para ver la animación:

Y por último aquí os dejo otro ejemplo de Análisis No Lineal Avanzado “implícito” con NX NASTRAN (SOL601) con Contactos superficie-a-superficie “consigo mismo” + grandes deformaciones plásticas — haz “clic” en la imagen para ver la animación:

En fin, tengo montón de ejemplos más que podría seguir enseñando, pero aquí me quedo para no aburrir al personal: espero haber dejado claro la potencia del solver No Lineal Avanzado de NX NASTRAN (SOL601/701), las posibilidades son inmensas!!.

Ah!, fijaros cómo el uso tanto de los elementos 2-D Shell tipo QUAD como de los sólidos hexaédricos 3-D CHEXA es masivo en problemas no lineales — ¡¡nada de triángulos ni tetraedros!!. La razón es bien sencilla: en temas de contacto entre sólidos 3-D los elementos hexaédricos CHEXA de 8-20 nodos se comportan de forma excelente, con un tamaño de modelo muy reducido. Y es que además el módulo No Lineal Avanzado (SOL601/701) es capaz de añadir “a nivel de solver” un nodo en el centro del elemento!!. Fijaros qué maravilla, el usuario malla en FEMAP con elementos CQUAD8 y el solver lo convierte internamente “durante la fase de cálculo” en un elemento Shell de 9-nodos, o malla en FEMAP con elementos 3-D sólidos CHEXA “brick” de 20-nodos y el solver lo convierte internamente durante la fase de cálculo en 27-nodos. El resultado es que en problemas de contacto se mejora terriblemente la convergencia de la solución, y ni te cuento si el problema incluye además materiales hiperelásticos o elastómeros (“rubber-like”) con grandes desplazamientos y deformaciones que convierte el problema en altamente no lineal (severidad extrema!!), el uso de elementos de alto orden es fundamental.

Activando el parámetro ELCV=1 añade un nodo en el centro del elemento Shell

En la imagen se muestran las diferentes opciones que ofrece el solver no lineal avanzado “implícito” de NX NASTRAN (SOL601): el parámetro ELCV=1 se crea activando la opción “9/27-Node Element Conversion”

Aquí os dejo copia del catálogo en formato PDF:
Módulo No Lineal Avanzado de NX NASTRAN (SOL601/701)

Tenéis información completa en nuestra WEB en la siguiente dirección:
http://www.iberisa.com/productos/nxnastran/nx_nastran_advanced_nonlinear.htm

Saludos,
Blas.

2 thoughts on “27.- ANÁLISIS NO LINEAL AVANZADO CON FEMAP Y NX NASTRAN (SOL601/701)

  1. Hola.

    ¿Sabes si en NX9 (con Nastran) es posible optimizar la topología con SOL601 o algún otro modo no lineal?

    Saludos y gracias por tus detalladas explicaciones.

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  2. Estimado Juan,
    El módulo de Optimización Topológica (basado en el solver TOSCA de FE DESIGN) soporta los siguientes tipos de soluciones estructurales con NX Nastran (excepto análisis axismimétrico):
    • Análisis Estático Lineal (NX Nastran SOL 101 Linear Statics—Global Constraints).
    • Análisis Estático Lineal (NX Nastran SOL 101 Linear Statics—Subcase Constraints).
    • Análisis de Frecuencias (SOL 103 Real Eigenvalues solution).
    Saludos,
    Blas.

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