35.- EJEMPLOS DE APLICACIÓN: ORBEA Rallon X10

Hola!,
Es un lujo poder combinar la ingeniería y el placer por los Elementos Finitos usando FEMAP y NX NASTRAN con el amor por la bicicleta de montaña MTB, todo ello se ha visto reunido en este “ejercicio de ingeniería” realizado con la ORBEA Rallon X10, una máquina perfecta para practicar la especialidad Enduro en MTB con descensos rápidos en la montaña.

La siguiente imagen muestra la malla por elementos finitos del cuadro a partir del modelo CAD 3-D utilizando elementos Shell 2-D CQUAD4 y elementos sólidos 3-D CHEXA de 8-nodos. La capacidad de FEMAP de creación automática de superficies medias (midsurfacing) a partir de modelos sólidos es vital a la hora de afrontar el mallado con elementos Shell de componentes de pequeño espesor y gran longitud. Masivamente he utilizado la capacidad de FEMAP y NX NASTRAN de unir mallas incompatibles Shell-Sólido mediante la opción “GLUE edge-to-face” y mallas no coincidentes Sólido-Sólido con “GLUE Face-to-face“, lo cual ofrece una total libertad de mallado y permite concentrarnos en obtener mallas de máxima calidad y mínima distorsión. El uso de elementos hexaédricos permite reducir el tamaño del modelo al máximo manteniendo una elevada precisión de resultados a un coste muy reducido gracias a las capacidades de mallado hexaédrico de FEMAP (haz click en la imagen para verla en su tamaño completo).

La siguiente imagen muestra el detalle de la unión entre elementos sólidos Tetraédricos 3-D CTETRA de 10-nodos y elementos viga 1-D CBEAM utilizando elementos rígidos RBE2: es un recurso muy interesante que utilizo muy a menudo para reducir el tamaño del modelo en componentes que actúan como una viga, trabajando masivamente a flexión (haz click en la imagen para verla en su tamaño completo).

En la imagen siguiente se muestra de forma comparativa la malla y la geometría de base que hace posible ese mallado tan precioso. Las claves para conseguir mallas de buena calidad son tres: partir, partir y partir!!. Es vital particionar correctamente la geometría, en FEMAP se pueden seguir múltiples caminos para conseguir una malla de calidad, los conceptos son básicos, siempre lo mismo, por eso es importante practicar y aprender bien el concepto ya que las posibilidades son numerosas.

Utilizando mallas sólidas a base de elementos hexaédricos CHEXA de 8-nodos se consiguen dos objetivos: excelente calidad de resultados (especialmente en problemas de contacto) y reducido tamaño del modelo, vital de cara a realizar análisis dinámicos tanto lineales como no lineales (haz click en la imagen para verla en su tamaño completo).


Y por último os dejo un detalle más de mallado: los agujeros en FEMAP no son un problema, podemos incluirlos perfectamente en cualquier malla local con total precisión, tenéis disponibles recursos muy potentes tales como “WASHER” y “PAD” tanto en el MESHING TOOLBOX para actualizar la malla de forma interactiva como en “Geometry > Curve – From Surface“. Las órdenes “Split Point-to-Point“, “Split Point-to-Edge“, etc.. son muy valiosas para dividir la geometría de forma rápida, ¿OK? — a disfrutar!!.

Saludos,
Blas.

22.- MALLADO CON ELEMENTOS HEXAÉDRICOS (HEX Meshing-III)

Hola!,
En esta última entrega de Tutoriales sobre el mallado en FEMAP V10.3 de modelos sólidos con elementos “brick” 3-D hexaédricos CHEXA de 8-nodos os voy a explicar un par de trucos que yo utilizo muy a menudo para mallar geometrías de revolución cuando falla el método automático con el siguiente mensaje de error:

Mesh Size on Solid
1 Solid(s) Selected…
Computing Mesh Sizes…
Solid 1 can not be hex meshed. Unable to identify the surfaces for the base and top of the mesh.
 

PREPARACIÓN DE LA GEOMETRÍA

En la imagen siguiente os muestro cómo preparar la geometría para realizar una malla 2-D paramétrica del tipo “plot-only” (también se conoce como “seed meshing”) de excelente calidad que sirva de base a la malla 3-D utilizando las técnicas de partir geometría con “Split Point-to-Edge” y “Curve Washer“:

MALLADO 2-D “PLOT-ONLY”

En la siguiente imagen tenéis la malla 2-D del tipo “Plot-Only” que servirá de base a la malla 3-D sólida hexaédrica, controlando que los paámetros más importantes de distorsión de la malla tales como JACOBIAN y ASPECT RATIO tengan unos valores lo más pequeño posible:

MALLADO 3-D HEXAÉDRICO

Utilizando la orden “Mesh > Revolve > Element” creamos una malla 3-D hexaédrica por rotación de la malla 2-D alrededor del eje de revolución un ángulo de 90º.

La malla resultante tiene una calidad excelente, con una distorsión mínima en la zona de mayor interés del redondeo creando elementos hexaédricos “bricks” de 8-nodos perfectamente construidos, mientras que en la zona próxima al eje de revolución se crean prismas triangulares “wedges” de 6-nodos:

ASOCIACIÓN MALLA + GEOMETRÍA

Y por último sólo nos queda utilizar la orden “Modify > Associativity > Automatic ..” para asociar la malla sólida 3-D con la geometría sólida (puntos, curvas, superficies y sólidos):

FEMAP nos ofrece un resumen con los detalles de la operación de asociar la malla con la geometría, el resultado es perfecto, a efectos prácticos es lo mismo que si hubiéramos mallado directamente el sólido ya que podemos aplicar cargas y condiciones de contorno directamente a la geometría — qué fácil, ¿eh?.

Automatic Associativity
21375 Element(s) Selected…
1 Solid(s) Selected…
Attaching to Solid 1…
  25 Nodes associated with Point(s).
  464 Nodes associated with Curve(s).
  4018 Nodes associated with Surface(s).
  18744 Nodes associated with Solid(s).
  21375 Elements associated with Geometry.

 

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Saludos,
Blas.

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6.- FEMAP TMG/Thermal: Convección Natural en un PCB

Hola!
Vamos a aprovechar las “enseñanzas” adquiridas en vídeos anteriores sobre cómo realizar con éxito en FEMAP V10.2 mallados sólidos 3D con elementos hexaédricos (CHEXA) para resolver un problema de  transmisión de calor por conducción y convección en una tarjeta de circuito impreso (Printed Circuit Board – PCB) tal como se muestra en la siguiente figura:

En cada chip se aplica una carga térmica de 5 W/in2, mientras que la parte posterior de la placa base disipa calor al exterior por convección natural con un factor de película h=0.02 W/in2ºC y Temperatura Ambiente = 20ºC

Para la resolución del problema de transmisión de calor en régimen permanente vamos a utilizar en esta ocasión el módulo de análisis térmico TMG/Thermal Basic desarrollado por MAYA Heat Transfer Tecnologies Ltd que lleva integrado en FEMAP ya desde hace muchos años y que ofrece prestaciones de análisis y simulación fluido-térmicas muy avanzadas.

En futuras publicaciones en este blog veremos ejemplos de aplicación muy interesantes de los diferentes módulos FEMAP/TMG de MAYA HTT Ltd integrados en FEMAP V10.2 para la resolución de problemas conjugados fluido-térmicos (CFD) y problemas avanzados de transmisión  de calor por conducción, convección y radiación, así como “mapeado” entre mallas “disjuntas” de resultados de temperaturas y presiones obtenidos con TMG/Thermal y TMG/Flow aplicados como cargas en el modelo estructural a resolver con NX NASTRAN, todo integrado bajo FEMAP, una pasada!!.

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4.- Mallado con Elementos Hexaédricos (HEX Meshing-II)

Hola!,
En esta nueva entrada trato de explicar los conceptos básicos del mallado con hexaedros en FEMAP V10.2, a veces es mejor empezar por lo más sencillo para asegurarnos que se entienden bien las cosas.

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Blas.

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3.- Mallado con Elementos Hexaédricos (Hex Meshing-I)

Hola!,
En este vídeo explico cómo preparar la geometría en FEMAP V10.2 para mallar con elementos sólidos 3D hexaédricos CHEXA de 8-nodos. Es fundamental dominar la técnica de mallado con elementos “brick” CHEXA y obtener mallas de buena calidad porque permiten conseguir la máxima precisión de los resultados con el menor tamaño de modelo posible.

Mallas Hexaédricas 3D (Hex Meshing)

En análisis estático lineal mallar con elementos “brick” CHEXA de 8-nodos es importante en comparación con los elementos tetraédricos CTETRA de 10-nodos, se obtiene mayor precisión de los resultados y tanto el tamaño del modelo como el tiempo de cálculo es mucho menor, pero en Análisis No Lineales o en Análisis Dinámicos Avanzados el uso de elementos hexaédricos es “crítico”, aquí no vale cualquier malla como en análisis estático lineal, la calidad debe ser máxima, la malla debe presentar la menor distorsión posible y no vale tener un modelo con digamos un millón de elementos ya que el manejo de la base de datos es imposible. En este tipo de análisis el tamaño en MBytes y número de GDL del modelo debe ser el menor posible, así que el uso de elementos tetraédricos es prácticamente prohibitivo (en problemas de contacto el tiempo de cálculo se alarga una eternidad), mientras que los elementos sólidos de alto orden CHEXA de 20-nodos son perfectos (y utilizando el parámetro “ELCV=1” podemos convertir los elementos “brick” de 20-nodos en 27-nodos con el módulo No Lineal Avanzado SOL601/701, cuyo uso es altamente recomendado en problemas de contacto!!), permiten conseguir rápidamente la convergencia de la solución, el tiempo de cálculo es reducido y la precisión del análisis máxima.

Diferentes Tipos de Elementos Sólidos 3-D Hexaédricos “CHEXA” de NX Nastran V7.1

En resumen, siempre que la geometría lo permita se debe mallar con elementos hexaédricos CHEXA con mínimo 8-nodos y olvidarse de los tetraedros CTETRA de 10-nodos. La clave está en preparar rápidamente la geometría CAD para que el mallado hexaédricos sea práctico y rápido. En este vídeo trato de explicar cómo hacerlo en FEMAP V10.2, espero que os sirva!!.

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Blas.

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