FEMPLY Pro, COMPOSITES para FEMAP

Desarrollado por PlySim, una Consultora de Ingeniería experta en Composites con base en Edinburg (UK), FEMPLY Pro es una herramienta muy versátil creada por-y-para los ingenieros de Composites para afrontar proyectos reales complejos, incluyendo un amplio rango de capacidades y prestaciones para conseguir simplicidad, velocidad, versatilidad y fiabilidad en las tareas de pre- y postprocesado de Composites. FEMPLY Pro está totalmente integrado en FEMAP, hace uso de las capacidades GLOBAL PLY de FEMAP (ver ejemplo de aplicación de Composites tipo Sandwich con FEMAP y NX NASTRAN: http://www.iberisa.com/soporte/femap/composites/nafems_benchmark_composite_test_r0031_3.htm) y permite definir mediante tablas el laminado completo siguiendo fielmente el proceso de fabricación, de forma simple e intuitiva. Se pueden editar múltiples pliegues con un sólo clic, y el mapeado de malla es automático. FEMPLY Pro constituye un excelente add-on para FEMAP, extendiendo las capacidades de pre&postprocesado básicas para Composites que ofrecen tanto FEMAP como NX NASTRAN.

Características

Las características fundamentales de FEMPLY Pro son las siguientes:
  1. Ply-Based Modelling.
  2. Ply Draping Analysis.
  3. Flat Ply Shape Pattern Export to DXF.
  4. Advanced Laminate Failure Theorem Calculations.
  5. Sandwich Stability Calculations.
  6. Fatigue Analysis.
  7. MS Word Reporting.

1.- Ply-Based Modelling

FEMPLY Pro se basa en el concepto de GLOBAL PLY mediante el cual el usuario define la extensión de cada capa (“ply”) seleccionando del modelo de FEMAP la malla de elementos 2-D Shell que forman cada capa. Todo el proceso de creación de geometría (“midsurfaces”) y mallado 2-D con elementos Shell se realiza enteramente en FEMAP. Cada capa global creada en FEMPLY Pro contiene la información del material, espesor y ángulo de orientación del laminado, así como la lista de elementos (haz clic en la siguiente imagen para ver más grande).

Con FEMPLY Pro definir capas globales (Global Plyes mucho más eficiente que utilizar exclusivamente el método clásico a base de apilados de capas (Layups).
La siguiente imagen lo deja claro: cada color corresponde a un LAYUP de FEMAP, es decir, un usuario de FEMAP que no utilice FLEMPLY Pro deberá definir siete propiedades de elementos LAMINATE + siete propiedades de LAYUPS. Mientras que un usuario de FEMAP con FEMPLY Pro simplemente tendrá que definir cuatro GLOBAL PLY, la rapidez y simplicidad de creación del modelo del Composite es evidente. En muchos casos, el tiempo empleado en la definición de las propiedades de un Composite puede reducirse en más del 50%.

Además FEMPLY Pro es independiente de la geometría, si el usuario de FEMAP actualiza la malla entonces FEMPLY detecta el cambio y actualiza la lista de elementos de cada capa de forma automática, así de fácil!!.

2.- Ply Draping Analysis

La simulación de la operación de drapeado se realiza usando principios geométricos mediante un método llamado Algoritmo de Simulación Cinemática. El algoritmo se basa en los siguientes cinco supuestos (según Mack & Taylor):

  1. Las fibras son inextensibles.
  2. Los nodos en las fibras actúan como uniones articuladas sin deslizamiento relativo.
  3. Los segmentos de fibra son rectos entre nodos.
  4. Se considera contacto uniforme entre el tejido y la superficie a drapear.
  5. Las capas de tejido son infinitamente finas.

El usuario debe especificar el vector para iniciar el drapeado (Fixed Warp Start Vector) y FEMPLY crea un vector a 90º (Fixed Weft Vector) rotado alrededor de la normal del elemento de inicio para definir una única solución del drapeado. Ambos vectores se proyectan sobre la superficie del laminado.

FEMPLY permite postprocesar los resultados de cortadura, factor de espesor y desviación de fibras en las telas.

• Cortadura (Shear)

El resultado de los valores de cortadura en el plano de las telas es importante en el proceso de conformado ya que es el modo de deformación el que permite que las telas se ajusten a la superficie del modelo (haz clic para ver más grande).

• Relación de Espesores (Thickness Ratio)
El resultado muestra la relación entre el área de la tela conformada y el área de la tela sin deformar. La diferencia en las propiedades del laminado causada por el cambio de espesor es pequeña comparado con la desviación del ángulo de la fibra, por tanto no se considera cuando se exportan las propiedades a FEMAP.

• Desviación de las Fibras (Fibre Deviation)
El resultado representa la desviación de las fibras debido al proceso de drapeado y es la desviación relativa entre el angulo nominal de la fibra y el obtenido por el proceso de fabricación del componente. La desviación de la fibra está relacionada (pero no es lo mismo) con el ángulo de cortadura debido a la rotación global de la tela.

El usuario puede elegir usar los resultados de desviación de fibras previamente calculados para tener en cuenta el efecto de desviación de la fibra debido al drapeado de las capas en los ángulos del material de la pieza manufacturada.

3.- Flat Ply Shape Pattern Export to DXF

FEMPLY permite exportar cada capa en formato DXF, incluyendo el contorno de la capa así como los vectores principales. Cada tela se exporta en diferente capa (con el nombre de la tela).

4.- Advanced Composite Failure Theorems

FEMPLY Pro le permite al usuario elegir entre los siguientes teoremas de fallo en Composites (muchos de ellos no disponibles en los solvers de Análisis por Elementos Finitos estándar):

  • Hill
  • Hoffman
  • Tsai-Wu
  • Maximum Strain
  • Maximum Stress
  • LaRC02 Matrix
  • Puck Matrix
  • Cuntze
  • User Defined
  • Failure Envelope

En criterios de fallo como Tsai-Wu y Puck, el usuario puede definir de forma interactiva ciertos parámetros antes de ejecutar el cálculo del indice de fallo.

Algunos Teoremas de Fallo son sólo aplicables si ciertas condiciones se cumplen. En las opciones de postprocesado el usuario puede especificar la ejecución de un teorema alternativo si una capa no cumple una condición del teorema de fallo seleccionado.

La opción FAILURE ENVELOPE permite obtener la envolvente de fallo para el teorema y material seleccionado.

User Defined Failure Index

El usuario puede definir sus propias ecuaciones para el cálculo de los índices de fallo del laminado, la siguiente imagen muestra un ejemplo de personalización del Teorema de Fallo de Cuntze para materiales unidireccionales donde la condición impuesta es E1/E2 > 2, lo cual significa que no se producirán resultados para ninguna capa que nos satisfaga este criterio, por ejemplo, capas multiaxiales, materiales no-unidireccionales, etc..

5.- Sandwich Stability Calculations

El usuario puede seleccionar uno de los siguientes Teoremas de Fallo para Composites tipo Sandwich :

  • Skin Wrinkling
  • Shear Crimping
  • Honeycomb Skin Wrinkling
  • Honeycomb Face Dimpling

El teorema de fallo Foam Core Skin Wrinkling es aplicable a Composites tipo Sandwich con láminas exteriores isotrópicas y núcleos isotrópicos Sólidos/Foam, con extensión a láminas exteriores ortotrópicas. Este modo de fallo ocurre porque se despega la piel en contacto con el núcleo del panel o por hundimiento sobre el núcleo. El fallo se genera por cargas de compresión y de cortadura en el panel, generalmente, en la zona central del panel donde se produce el máximo momento flector de la estructura.

Se consideran dos tipos de ecuaciones de gobierno:

  • Núcleo grueso basado en el supuesto de que el núcleo tiene espesor infinito.
  • Núcleo fino basado en el supuesto de que existe cierta interacción entre las caras opuestas del núcleo.

La constante k en el cálculo de las tensiones de Wrinkling en la piel de Composites tipo Sandwich vale, por defecto, 0.76 para núcleos gruesos y 0.63 para núcleos finos (FEMPLY Pro permite al usuario definir un valor de k alternativo).

El resultado del Failure Index (FI) calculado por FEMPLY usando cualquiera de los métodos anteriores es un OUTPUT VECTOR disponible para postprocesar resultados en FEMAP. Los índices de fallo se calculan en la dirección paralela y perpendicular para cada ángulo de capa y en cada de las capas del laminado y se plotean en pantalla los resultados máximos obtenidos.

El modo de fallo Shear Crimping para estructuras Composite tipo Sandwich se basa en los siguientes supuestos:

  • La longitud de onda debe ser mucho menor que el espesor del núcleo.
  • El núcleo fallará a cortadura en la posición del engarze.
  • Este modo de fallo es en general catastrófico.
  • Es una forma muy específica de inestabilidad por pandeo.
  • Una pequeña longitud de onda significa que el modo de fallo por pandeo de la piel del Composite (Wrinkling Failure) no es sensible en muchos casos a las cargas y condiciones de contorno estructurales, ni a la curvatura de la geometría.
  • Es una inestabilidad general que ocurre cuando el módulo a cortadura del núcleo es bajo y la longitud de onda del modo de pandeo es del mismo orden. La inestabilidad sigue un modo de cortadura a pesar de estar causado por cargas de compresión.

El modo de fallo Honeycomb Face Dimpling es un modo de fallo por inestabilidad local. Si la lámina exterior del Sandwich es muy fina, la piel puede pandear localmente contra la celda del núcleo. Este fallo no conduce al colapso total de la estructura y debe ser muy severo para que los micro-pandeos se mantengan después de dejar de aplicar la carga sobre el panel. Si los micro-pandeos son muy elevados el panel sándwich pueden llegar a provocar el despegado de las caras provocando un fallo por Wrinkling mucho más severo que el Dimpling.

El pandeo intracelular puede ser inducido por cargas de compresión y de cortadura en el panel debido a los momentos flectores que se aplican sobre el panel. Generalmente la zona donde se da este fallo es en la zona central donde los momentos son mayores.

6.- Análisis de Fatigue en Composites

La resistencia a Fatiga se asume que varía linealmente en una escala log-log con el nº de ciclos de carga:

donde N es el nº de ciclos admisibles y m el exponente a fatiga:

La suma de daño se realiza según la regla de Miner sumando el daño impuesto por cada caso de carga, donde ni es el nº de ciclos aplicados y N es el nº de ciclos admisibles para el nivel de tensión o deformación.

 

El índice de fallo (Failure Index, FI) se obtiene usando el exponente a Fatiga del material. Un índice de fallo FI < 1 indica que pasa, mientras que un FI > 1 indica fallo. La siguiente imagen (haz clic para ver más grande) muestra el máximo índice de fallo a fatiga de valor FI = 1.308 (no pasa).

7.- Laminate Reporting

Y por último para finalizar FEMPLY Pro incluye la creación de un Informe de Resultados en formato Microsoft Word (*.docx) con un resumen de las propiedades de materiales 2-D Ortotrópicos así como materiales 3-D Ortotrópicos e Isotrópicos, Apilados, Capas y Lista de Materiales con resultados de Densidad, Área, Volumen y Masa, con sumas totales y parciales.

8.- Free Trial Download

FEMPLY Pro está disponible para descarga desde la web http://wwww.femply.com/. Cuando FEMPLY se instala por primera vez, por defecto se inicia en modo Licencia de Prueba de 30 días. Todas las capacidades del software están disponibles en el modo Prueba, pero el usuario está limitado a definir un máximo de 10 capas en la tabla GLOBAL PLIES.

Una vez finalizado el periodo de prueba se pueden comprar licencias tanto en modo NODE LOCKED (por usuario) o FLOATING (flotante en la red local). Contacte con IBERISA si desea obtener más información del software FEMPLY, ¡¡encantados de atenderle!!, así como para solicitar una cotización del software + soporte técnico + formación.

La versión actual de FEMPLY Pro V3.1 requiere para su correcto funcionamiento tener instalada la última versión del Pre/Postprocesador de Elementos Finitos FEMAP V11.4 de SIEMENS PLM SOFTWARE, aunque también funciona con versiones antiguas desde FEMAP V10.3.

Saludos,
Blas.

 

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