2-D TRANSITION MESH in FEMAP

logo_femap_251x95Voy a enseñaros algunas de las técnicas de Transición de Mallado 2-D que se pueden realizar en FEMAP sin problemas y que he utilizado recientemente en algunos proyectos con excelentes resultados.

Por ejemplo, la siguiente imagen muestra diferentes ejemplos de transición de malla (de izquierda a derecha) utilizando elementos 2-D triangulares. Tengo que decir que yo no soy muy amigo de usar elementos triangulares, pero esta técnica en especial me gusta porque la transición de malla es muy regular, y entendiendo la técnica de progresión ofrece muchas posibilidades para ajustarse a las necesidades de divisiones y nº de elementos de cada caso en particular.

  • CASO#1: Pasar de 10 a 5 elementos: la clave está en definir en los laterales 5 divisiones, en ese caso la malla resultante presenta el aspecto de la figura nº1. No hace falta definir ningún MESH > MESH CONTROL > MESHING APPROACH especial, no, el truco está en prescribir en los TRES BORDES LATERALES la MITAD de elementos que tenga el extremo director. Es decir: si tenemos A=10 elementos en el borde izquierdo, simplemente prescribiendo A/2=10/2=5 en los otros tres bordes obtendremos la malla de la figura nº1. Esto es aplicable para cualquier valor “par” de A.
  • CASO#2: Pasar de 10 a 4 elementos, con 6 elementos en el lateral. La clave está en definir en los laterales 6 divisiones, en ese caso la malla resultante presenta el aspecto de la figura nº1. Ya véis la progresión: si defines “n” divisiones en el borde lateral derecho, deberás prescribir “n+1” divisiones en los bordes laterales superior e inferior, siendo n=4,3,2
  • CASO#3: Pasar de 10 a 3 elementos, con 7 elementos en el lateral. La clave está en definir en los bordes laterales superior e inferior 7 divisiones.
  • CASO#4: ¿Y si el nº de divisiones en el borde izquierdo es impar?. Pues también funciona, aquí tenéis el ejemplo: Pasar de 9 a 4 elementos, con 5 divisiones en el lateral. 
  • CASO#5: Pasar de 9 a 3 elementos, con 6 divisiones en el lateral. La clave está en definir en los bordes laterales superior e inferior 6 divisiones.

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48.- CATAMARÁN DE ALTA VELOCIDAD Mallado y Analizado con FEMAP y NX Nastran

Gary Davidson, Senior Director del Dpto. de Estructuras de la empresa Revolution Design (Australia) nos explica en este vídeo cómo el uso de FEMAP y NX NASTRAN ha sido clave en el Diseño, Mallado y Análisis por Elementos Finitos de un Catamarán de alta velocidad.

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Saludos,
Blas.

Datos de Contacto de IBERISA (Spain)

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.

Si quieres repetir este tutorial en tu propio ordenador pídenos los modelos con la geometría de entrada y te lo remitimos por e-mail, es un servicio gratuito y exclusivo para nuestros clientes de IBERISA.

Saludos,
Blas.

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.

FEMAP Tips & Tricks: Extender Superficies para Conectar Mallas

Hola!,
Aquí tenéis otro interesante uso del Meshing Toolbox de FEMAP V10.2:

En el siguiente vídeo podréis ver más en detalle las enormes posibilidades de la orden GEOMETRY EDITING del Meshing Toolbox de FEMAP v10.2:

Saludos,
Blas.

Contacto Rígido Curva-a-Superficie (GLUE Edge-to-Surface Contact), por Jim Bernard (SIEMENS PLM)

Hola!,
Las uniones rígidas tipo GLUECurva-a-Superficie” son un método simple y efectivo de unir mallas no coincidentes durante la fase del análisis (es decir, a nivel de solver) al realizar el cálculo con NX Nastran V7.1, es una capacidad específica del solver NX NASTRAN V7.1 que FEMAP V10.2 explota perfectamente y ofrece grandes beneficios para el usuario de cara a crear modelos de elementos finitos de forma rápida y eficiente.

Las capacidades de la unión rígida tipo GLUE “curva-a-superficie” son las siguientes:

  • Transferencia correcta de cargas y desplazamientos: permite obtener unos resultados exactos de tensiones y deformaciones en el interface entre elementos Shell-Shell o Shell-Solid. Los nodos en la unión no tienen que ser coincidentes.
  • En las uniones rígidas tipo GLUECurva-a-Superficie” el solver NX Nastran 7.1 crea internamente conexiones tipo soldadura para prevenir el movimiento relativo en todas las direcciones.
  • Soporta todas los tipos de análisis del solver NX NASTRAN 7.1, salvo SOL144-146, 153, 159, SOL601 y SOL701.
  • Trabaja con todo tipo de elementos Shell y Sólidos:
    • El contacto rígido “Curva-a-Superficie” se puede utilizar tanto con mallas “Shell-con-Shell” como “Shell-con-Sólido”.
    • El contacto rígido “Superficie-a-Superficie” tiene las mismas prestaciones, se puede utilizar tanto con mallas “Shell-con-Shell” como “Shell-con-Sólido”.
  • No aumenta el nº de grados de libertad del modelo (DOF) ni el tiempo de cálculo.
  • No requiere una especial manipulación ni de la malla ni de la geometría: las caras y aristas a unir no necesitan ser coincidentes, la malla tampoco, por tanto ofrece una libertad de mallado total para generar mallas con la mínima distorsión y elementos de la máxima calidad ya que no es necesario calcular intersecciones entre superficies medias, lo cual ahorra mucho tiempo de preparación de la geometría para el mallado (generar superficies medias, extender hasta la intersección, recortar, etc..).

Ejemplo: Unión en “T”

El siguiente ejemplo demuestra la eficacia y total precisión de la unión tipo GLUE “curva-a-superficie” mediante el análisis estático lineal de dos chapas en forma de “T” malladas tanto con elementos 2-D Shell como 3-D Sólidos comparando el método GLUE de NX Nastran V7.1 con los métodos clásicos de unión de mallas tales como “mergear” nodos directamente o usar elementos rígidos RBE.

Conclusiones:

  • La rigidez de la unión tipo GLUE “Curva-a-Superficie” es perfecta con elementos Shell FINOS y GRUESOS:
    • Los resultados de Desplazamientos son comparables al modelo mallado por completo con elementos sólidos 3-D CHEXA.
    • No es sensible a la distancia de la mitad del espesor (½ t1) entre la placa y el refuerzo.
  • La unión tipo GLUE “curva-a-superficie” constituye un método muy efectivo para ahorrar tiempo de pre-procesado en la creación de modelos de estructuras de chapa soldadas mediante superficies medias.
    • Las superficies medias no se tienen que extender hasta su intersección, ni ser recortadas, por tanto el proceso de mallado se simplifica mucho y es más rápido.
  • La unión tipo GLUE “curva-a-superficie” es el método de conexión preferido especialmente para unir elementos Shell GRUESOS: este detalle es muy importante, se demuestra que el método de unión tipo GLUE entre elementos Shell GRUESOS es mucho más exacto que el método clásico de unión directa “mergeando” nodos entre mallas coincidentes, en la unión tipo GLUE la fuerza de unión está distribuida sobre un área de superficie más realista, en cambio en la unión directa Shell/Shell la unión es mucho más flexible que en la realidad, el modelo Shell requiere una rigidez adicional cuanto mayor sea la superficie de solapamiento del material (es decir, cuanto mayor sea el espesor del refuerzo).
  • En resumen, la unión GLUE “curva-a-superficie” tiene una rigidez comparable al modelo sólido más exacto mallado con elementos 3-D CHEXA.
  • Además la tecnología es computacionalmente muy eficiente: se han analizado modelos con millones de elementos de conexión.
  • Existen planes para extender la tecnología a otras disciplinas.
  • La nueva versión de NX NASTRAN V8.0 incluye como novedad “glue surface tractions for solid and shell elements” disponible en análisis estático lineal SOL101, Análisis de frecuencias SOL103 y Pandeo lineal (SOL105).

El siguiente vídeo enseña cómo usar esta potente capacidad de contacto GLUE “curva-a-superficie” en FEMAP V10.2:

Saludos,
Blas.


Femap Tips and Tricks: Model Bounding Box

Hola!,
En este vídeo descubrimos un nuevo truco de FEMAP que explica cómo determina el programa el valor de la tolerancia de “mergeado” o cómo calcula la escala de la deformada, todo es función de la diagonal del “Model Bounding Box“, un cubo virtual 3D que abarca el modelo de elementos finitos por completo. Ya sabéis, es importante no colocar nodos en el infinito ….

Saludos,
Blas.