41.- FEMAP MIDSURFACE MODELING: Método “OFFSET”

Midsurface Modeling” se denomina así el proceso de extracción de la superficie media entre dos caras paralelas de la pared de un sólido con el objetivo de preparar la geometría para mallar con elementos Shell 2-D CQUAD4 en orden a reducir la complejidad del modelo y aumentar la precisión y exactitud del Análisis por Elementos Finitos.

Es un recurso muy potente, versátil y de máxima importancia, particularmente en análisis avanzados (lineales y no lineales) donde, por ejemplo, sería imposible abordar un problema de Análisis No Lineal Dinámico Transitorio Implícito (SOL601,129) con cientos de steps en caso de mallar con elementos sólidos tetraédricos CTETRA, el tamaño de la base de datos sería enorme, probablemente cientos de Gigas, habría que disponer de cientos de GB de memoria RAM para poder abrir el modelo debido al enorme tamaño de la base de datos resultante. Por esta razón es crítico conocer bien cómo crear superficies medias de forma rápida y eficiente para mallar con elementos Shell CQUAD4, en la práctica profesional del experto analista son los elementos más utilizados.

En FEMAP existen numerosas funcionalidades para la creación más o menos automática de superficies medias, las dos más importantes son:

  • Geometry > Midsurface > Automatic…“: agrupa en un mismo comando las tres órdenes siguientes de creación semi-manual de una superficie media: Generate, Intersect y Cleanup. La orden solicita que se introduzca una distancia máxima de búsqueda de pares de superficies, crea las superficies medias, las recorta y borra los trozos que sobran.

Las tareas que lleva a cabo esta orden son las siguientes:

Midsurface Auto
xxxx Surface(s) Selected…
Examining Surfaces…
Extracting Mid-Surfaces…
Removing Duplicates…
Intersecting Mid-Surfaces…
Identifying Unnecessary Mid-Surfaces…
Deleting Unnecessary Mid-Surfaces…

  • Geometry > Midsurface > Offset Tangent Surfaces…“: se utiliza preferentemente sólo con sólidos de espesor constante. La orden pide seleccionar una cara, busca todas las que sean tangentes en base a una tolerancia dada y genera la superficie media. Tiene una peculiaridad muy importante: las superficies medias generadas con el método OFFSET ya están “cosidas“, todas forman un único cuerpo, lo cual facilita el posterior mallado.

La utilización de una u otra orden dependerá en general del tipo de geometría de partida. Por ejemplo, en el siguiente modelo CAD 3-D sólido existe una intersección en T que condiciona como más adecuado el uso del método “Automatic” en vez de “Offset“.

La siguiente imagen muestra la malla generada a base de elementos Shell 2-D CQUAD4. Sobre dicha malla se representa el reparto de la calidad de los elementos utilizando el parámetro de distorsión de la malla ALTERNATE TAPER (se considera fallo cuando Q4_TAPER > 0.5) que en general es el parámetro de control de distorsión de la malla más exigente de NX Nastran con los elementos Shell CQUAD4.

La siguiente imagen muestra la distribución de la calidad de la malla en el modelo de elementos finitos utilizando el parámetro de distorsión de los elementos en base a la relación de aspecto (ASPECT RATIO, AR). Se considera fallo cuando el valor máximo es AR > 10.

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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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20.- TECNICAS AVANZADAS DE MALLADO 2-D

Hola!,
Cuando tenemos superficies con geometría complicada (o simplemente no regular) las opciones de mallado automático 2D “por defecto” en general no nos permiten conseguir mallas con elementos CQUAD4 de buena calidad, es entonces cuando debemos utilizar los recursos avanzados de mallado 2D. Este vídeo enseña cómo utilizarlos.

La orden “Mesh > Mesh Control > Approach On Surface ..” se utiliza en FEMAP para especificar el tipo de malla a crear en una superficie. Normalmente, si no se especifica ningún método, FEMAP decide si crear una malla libre (free mesh) o una malla estructurada (mapped mesh). Esta orden le permite al usuario tomar el control de la situación y crear mallas mapeadas de buena calidad…

MAPPED – FOUR CORNER

Este método de mallado 2-D permite crear una malla mapeada entre cuatro esquinas de una superficie, el orden de selección de puntos puede ser arbitrario.

La siguiente figura muestra las cuatro esquinas seleccionadas de una superficie. Para que FEMAP cree una malla mapeada es requisito imprescindible que la suma de elementos especificados en las curvas exteriores sea igual al nº de elementos en las curvas interiores. Este requisito es clave, si el nº de divisiones no coincide entonces FEMAP crea una malla libre.

No es obligatorio seleccionar los puntos de la superficie, FEMAP automáticamente realiza esta tarea por el usuario, lo cual es muy útil en superficies con numerosas curvas como en la siguiente figura:

En el vídeo adjunto podréis aprender cómo definir mallas utilizando el método “Mapped-Four Corner” y generar mallas como la siguiente:

MAPPED – THREE CORNER

Esta opción es similar al método “Four Corner Meshing Approach“. La malla resultante puede estar creada completamente a base de cuadriláteros, pero dependiendo de la geometría puede presentar elevada distorsión en ciertas zonas.

MAPPED – THREE CORNER FAN

Este método es similar al “Three Corner Meshing Approach”, la diferencia es que la malla resultante contiene únicamente triángulos en la primera esquina seleccionada.

CURVATURE-BASED MESH REFINEMENT

Existe un parámetro en la ordenMesh > Mesh Control > Size On Surface..” denominado Curvature Based Mesh Refinementque permite reducir automáticamente el tamaño del elemento en superficies con elevada curvatura.

La siguiente imagen es el resultado de activar la función de refinado de malla basado en la curvatura, en el vídeo adjunto explico cómo hacerlo:

QUAD EDGE LAYERS

Existe un parámetro en la ordenMesh > Geometry > Surface..” denominado Quad Edge Layersque permite especificar el nº de capas de elementos CQUAD4 que FEMAP tratará de crear en cada curva del contorno de una superficie.

La siguiente imagen muestra la malla resultante de combinar la orden WASHER con QUAD EDGE LAYERS = 2

Por supuesto, combinando las diferentes técnicas de mallado 2-D de superficies de FEMAP explicadas anteriormente podemos crear una malla “chula” como la de la figura, con la mínima distorsión de la malla posible — con imaginación!!:

En el siguiente vídeo explico las técnicas avanzadas de mallado 2-D de FEMAP V10.2 — espero que os sea útil!.

Saludos,
Blas.