COMSOL Structural Mechanics Module 6.2

6.1

NOVEDADES

La versión 6.1 proporciona mejoras en el modelado de contactos, la capacidad de agregar materiales lineales y no lineales en los contornos y una nueva función que prueba y verifica numéricamente el comportamiento de un modelo de material para un conjunto determinado de propiedades de materiales.

Mejoras en el modelado de contactos
Se han realizado varias mejoras y ampliaciones a la funcionalidad del modelado de contactos.

• Se ha implementado un nuevo algoritmo de búsqueda de contacto más rápido. Es particularmente ventajoso para grandes modelos 3D.
• Se ha añadido el Método de Nitsche, un nuevo método para formular las ecuaciones de contacto. Se trata de un robusto método que no añade grados de libertad extra.
• Se han añadido nuevas formulaciones más estables de las ecuaciones de contacto para todos los modelos de contacto.
• Se han mejorado las formulaciones para cáscaras y membranas. Ahora se utiliza la superficie real en geometrías curvas.
• Se ha mejorado el soporte para autocontacto. La formulación ahora es simétrica entre los dos lados del par de contacto.

Interfaz de Mecánica de sólidos en 1D
La interfaz Mecánica de sólidos está ahora disponible para componentes 1D y 1D axisimétrico y no requiere ningún producto adicional para utilizar la funcionalidad básica. En las direcciones transversales, pueden seleccionarse diferentes combinaciones de tensión plana, deformación plana y deformación plana generalizada. Existen diversas aplicaciones multifísicas en, por ejemplo, modelado de baterías, acústica e interacción termo-estructural donde un modelo 1D puede ser útil para proporcoinar conocimientos importantes de fenómenos físicos. Nótese que la funcionalidad para las tensiones de intercalación en baterías se incluye en el módulo Battery Design Module. Para un modelado 1D más avanzado, se dispone de funcionalidades adicionales cuando la interfaz Mecánica de sólidos se utiliza junto con el módulo MEMS Module, Multibody Dynamics Module o Acoustics Module.

Pruebas numéricas de modelos de materiales Para modelos de materiales complejos, en particular aquellos definidos por el usuario, es importante investigar cómo se comporta un modelo bajo diversas condiciones de carga. La nueva funcionalidad Test material en la interfaz de Mecánica de sólidos puede configurar automáticamente un modelo pequeño de un elemento con condiciones de contorno apropiadas y pasos de estudio para varias condiciones de carga diferentes. La carga puede ser cuasiestática o dependiente del tiempo, monótona o cíclica. Esta nueva función puede verse en los modelos actualizados "Isotropic Compression with Modified Cam-Clay Material Model" y "Primary Creep Under Nonconstant Load".

Curvas de tensión-deformación para cuatro pruebas fundamentales diferentes de un modelo de material.

Materiales en contornos de sólidos
Ahora se dispone una amplia gama de modelos de materiales lineales y no lineales para utilizar en contornos internos o externos. Esto se puede usar para modelar capas de pegamento, juntas o revestimientos, por ejemplo. Estas capas pueden utilizar diferentes suposiciones, que van desde 3D completo hasta solo deformaciones en el plano. Cuando se utiliza el Composite Materials Module junto con Structural Mechanics Module para implementar estos modelos, los materiales de contorno pueden incluso tener varias capas. El modelo existente "Heating Circuit" muestra esta nueva incorporación.

Esfuerzos en una junta entre dos bridas de tubo.

Interfaz física para cables
Una nueva interfaz Wire se ha añadido para el análisis de sistemas de cables y alambres, que puede realizarse separadamente o en conjunto con otros tipos de estructuras. Los alambres pueden estar pretensados o combados bajo su propio peso. Puede verse esta funcionalidad en el nuevo modelo tutorial "Linear Buckling Analysis of a Truss Tower with Dead Loads".

Interfaces multifísicas para amortiguación de película delgada
Se han añadido dos nuevas interfaces multifísicas para la amortiguación de película delgada: Amortiguación de película delgada sólida y Amortiguación de película delgada de capa . Combinan una interfaz Thin-Film Flow con Solid Mechanics o Shell , respectivamente. También hay dos nuevos acoplamientos multifísicos que facilitan la amortiguación de película delgada: Interacción de flujo de película delgada de estructura e Interacción de flujo de película delgada de Shell . Estos acoplamientos no se limitan a la amortiguación de película delgada; también puede usarlos para modelar la lubricación y la cavitación, por ejemplo.

Amortiguación de gas de película comprimida en un acelerómetro. El diagrama de color muestra la presión del gas en dos superficies para el dominio sólido.

Análisis de pandeo con cargas muertas
Cuando se busca una carga crítica de pandeo, hay algunas situaciones en las que hay más de un sistema de cargas, y uno de ellos puede considerarse fijo. Por ejemplo, una carga de gravedad puede considerarse fija (carga muerta), mientras que una carga de servicio puede considerarse no fija (carga viva). Incluso si solo se desea calcular el nivel crítico de una carga de servicio, la carga muerta seguirá influyendo en el riesgo de pandeo. Este tipo de análisis ahora está integrado y se puede ver en el nuevo modelo "Linear Buckling Analysis of a Truss Tower with Dead Loads".

La configuración del resolvedor para un análisis de pandeo lineal ahora permite manejar una combinación de cargas vivas y muertas. En el ejemplo, el pretensado en los tirantes y el peso propio de la torre se consideran cargas muertas, mientras que una fuerza en la parte superior se considera carga viva.

Desgaste para cáscaras y membranas
Similar a la funcionalidad que ya está disponible en la interfaz de Mecánica de sólidos, el subnodo Wear se ha añadido a las interfaces Cáscara y Membrana. Esta característica hace posible calcular el desgaste que reduce el espesor de las cáscaras y membranas debido al deslizamiento por fricción. La misma tecnología hace posible añadir expresiones definidas por el usuario para la tasa de cambio de espesor. Esto se puede utilizar para modelar, por ejemplo, corrosión o electrodeposición.

Nuevo método para conectar ensamblajes
Se ha añadido el método de Nitsche para reforzar la continuidad entre contornos en ensamblajes. Esto tiene dos importantes ventajas cuando se compara con las restricciones puntuales clásicas:

• Causa significativamente menos perturbaciones locales en la solución cuando las mallas de los dos lados no son conformes.
• Como no se añaden restricciones, se evita el paso de eliminación de restricciones numéricamente sensible, y a veces, computacionalmente pesada.

Comparación de la alteración de la tensión local cuando se usa una restricción clásica o el nuevo método de Nitsche para conectar mallas que no coinciden.

Mejoras en la síntesis del modo de componente
Ahora es posible utilizar elementos de cáscara en análisis de síntesis en modo componente (CMS). También hay varias mejoras generales que facilitan la configuración de modelos para análisis CMS.

Un estudio de la dinámica de una lavadora. El tiempo de análisis se reduce por un factor de 2 cuando el armazón que representa el recinto se reduce a un componente CMS.

Excitación de base
Es habitual que la carga dinámica sobre una estructura consista en una determinada aceleración de todos sus puntos de apoyo. Ejemplo de esto es cuando una pieza se une a una mesa vibradora para realizar pruebas o cuando un edificio se somete a una aceleración del suelo con una longitud de onda larga. Este tipo de carga ahora se puede describir de forma más natural utilizando la nueva función Base Excitation. Es muy adecuada para el análisis de vibraciones aleatorias. Puede verse esta actualización en los modelos existentes "Shock Response of a Motherboard" y "Random Vibration Test of a Motherboard".

Un ejemplo del uso de la función Base Excitation, donde se utilizan tres densidades espectrales de potencia de entrada (PSD) en un análisis de vibración aleatorio. La excitación base es una propiedad de todo el modelo, por lo que esta característica no tiene selecciones.

Cargas dadas como resultante
Para cargas límite y conjuntos de cargas puntuales, ahora puede especificarse la fuerza y el momento totales con respecto a un punto determinado seleccionando la opción Resultant de la lista Load type. Esto facilita la aplicación de resultantes de carga sin imponer restricciones artificiales ni realizar largos cálculos de las distribuciones de carga reales. Es posible controlar la forma supuesta de la distribución de la carga.

Evaluación de soldadura
Para las estructuras soldadas, poder predecir las tensiones en las soldaduras es un aspecto de diseño importante. En la interfaz Cáscara, ahora pueden evaluarse las tensiones a lo largo de los bordes unidos. El método es semianalítico en el sentido de que la soldadura no está modelada en la geometría, sino que está representada por sus propiedades. Se pueden evaluar soldaduras de filete de una y dos caras, así como soldaduras a tope.

Índice de falla para un conjunto de soldaduras.

Nuevas entradas para materiales anisotrópicos
Para la funcionalidad Material elástico lineal, se han añadido varias nuevas opciones para entrar constantes elásticas:

• Los materiales ortotrópicos ahora se pueden describir mediante datos de cristal para siete tipos diferentes de sistemas de cristal: cúbico, hexagonal, trigonal con seis constantes, trigonal con siete constantes, tetragonal con seis constantes, tetragonal con siete constantes y ortorrómbico.
• Se admite la entrada de materiales transversalmente isotrópicos, lo que reduce el número de entradas para esta clase de materiales.
• Un material anisótropo general puede ahora, además de la matriz de elasticidad, ser representado por su matriz de cumplimiento.

La interfaz de usuario para ingresar datos de elasticidad utilizando un sistema de cristal.

Mejoras para conectores rígidos
El Conector rígido es una herramienta importante para el modelado abstracto, como cuando se aplican cargas y se conectan objetos. Su funcionalidad ha sido aumentada en tres aspectos:

• Ahora es posible desconectar grados de libertad seleccionados, como en direcciones dadas por un sistema de coordenadas local. Con esta opción, es posible liberar restricciones excesivas y reducir las concentraciones de esfuerzos locales.
• Para conectores rígidos de dos puntos en 3D, es posible suprimir automáticamente la singularidad rotacional potencial.
• Como nuevo valor predeterminado, los grados de libertad que generan los conectores rígidos ahora se agrupan en la secuencia de estudio. Esto puede reducir drásticamente la cantidad de nodos en el árbol del modelo y facilita la aplicación del escalado manual para la tolerancia de convergencia. El mismo cambio también se aplica a la característica Attachment.

Efectos de los grados de libertad liberados. El reductor con presión interna tiene un conector rígido en el extremo, como se muestra en la superficie marrón de la figura de la izquierda. Con una formulación estándar, la suposición sobre la rigidez mantendrá el radio constante, como se muestra en la figura del medio. En la figura más a la derecha, el desplazamiento radial se libera en el conector rígido. Todavía es posible, por ejemplo, aplicar cargas en cualquier dirección o conectarse a otros dominios.

Mejoras en el análisis de tuberías
Para el análisis de tuberías están disponibles las siguientes actualizaciones:

• En la interfaz de Mecánica de tuberías, ahora se pueden especificar factores de corrección para la flexibilidad y las tensiones en los codos de las tuberías.
• Ahora se puede introducir un espesor de pared reducido para la evaluación de tensiones. Esto se puede utilizar para tener en cuenta una provisión por corrosión.
• En las bibliotecas de partes, se han añadido varias geometrías parametrizadas para tuberías: tubería recta, codo, reducción y unión en T. Estas geometrías se pueden utilizar para análisis detallados utilizando elementos sólidos o de vaciado. Dichos modelos 3D se pueden conectar directamente a la interfaz de Mecánica de tuberías mediante el uso de un acoplamiento existente.

Tensiones y deformaciones en un codo de tubería sujeto a una flexión, modeladas con las interfaces Mecánica de sólidos y Mecánica de tuberías. La geometría sólida se obtiene de la bibliotecas de partes.

Resultados en sistemas de coordenadas locales
Ahora es fácil definir un número arbitrario de sistemas de coordenadas locales añadiendo nodos de Resultados del sistema local para la evaluación de cantidades comunes en las interfaces de Mecánica estructural. Entre las cantidades transformadas disponibles, se encuentran tensiones, deformaciones, desplazamientos y propiedades de los materiales.

Deformación directa en la dirección x global y la dirección azimutal para una geometría con simetría cilíndrica.

Desplazamiento limitado en la interfaz Celosía
En la interfaz Celosía, así como en la nueva interfaz Wire, es posible limitar el desplazamiento a un valor determinado para un punto o una línea completa. La condición de contorno de desplazamiento limitado se puede utilizar para modelar una situación en la que se aproxima a un muro o punto de apoyo.

Secciones transversales estándar para elementos celosía
En la interfaz Celosía, el nodo Información de sección transversal se ha ampliado con una opción para definir la sección transversal del elemento por propiedades geométricas. Las secciones transversales disponibles son: Rectángulo, Casilla, Circular, Tubería, Perfil H, Perfil U, Perfil T, Perfil C y Omega. Puede ver esta función en el nuevo modelo tutorial "Truss Tower Buckling"

El modelo Truss Tower Buckling utilizando una de las secciones transversales estándar.

Condición de contorno de fractura para ondas elásticas
La nueva condición de contorno Fractura , disponible en la interfaz física de Elastic Waves, Time Explicit, se utiliza para tratar dos dominios elásticos con enlaces imperfectos. La fractura puede ser una capa elástica delgada, una capa llena de líquido o una discontinuidad en los materiales elásticos (un límite interior). Existen varias opciones para especificar las propiedades del dominio elástico delgado. Las aplicaciones típicas son para el modelado de aplicaciones de pruebas no destructivas (NDT), como la inspección de la respuesta de las regiones de delaminación u otros defectos, o para el modelado de la propagación de ondas en medios sólidos fracturados en la industria del petróleo y el gas.

Gráficos predefinidos
La funcionalidad general para gráficos predefinidos ha sufrido muchas actualizaciones a las interfaces de Mecánica estructural. Un gráfico predefinido es similar a un gráfico predeterminado, pero con la diferencia importante de que no se añade al Generador de modelos hasta que el usuario decide hacerlo. Esto es ventajoso porque la cantidad de gráficos predeterminados que se generan para cada estudio se ha reducido significativamente.

Además, los usuarios encontrarán las siguientes dos mejoras:

• Ahora están disponibles varios nuevos útiles gráficos desde el menú Agregar gráficos predefinidos, además de los gráficos por defecto de las versiones anteriores.
• Los gráficos de resultados para pasos de estudio intermedios, por ejemplo, el paso de carga en un análisis dinámico pretensado, están disponibles directamente.

La ventana Agregar gráfico predefinido en el modelo Tube Connection.

Diagramas de fuerza cortante y momento para vigas
Una forma habitual de representar la distribución de momentos flectores y fuerzas cortantes en estructuras de vigas es con diagramas de fuerzas cortantes y momentos flectores, dibujados sobre la geometría. En la interfaz Viga, se ha añadido la capacidad de dibujar diagramas de momento y fuerza cortante. Incluso para cargas distribuidas, los gráficos son independientes de la malla; es decir, se incluye el efecto de la variación de carga sobre el elemento. Los diagramas de fuerza de sección también se pueden usar en análisis dinámicos, donde la carga consiste parcialmente en fuerzas de inercia.

Diagramas de fuerza de sección: las cargas aplicadas y la malla (un total de 10 elementos de viga) (arriba), el diagrama de momento (abajo a la izquierda) y el diagrama de fuerza cortante (abajo a la derecha). Téngase en cuenta que la carga distribuida se aplica solo a una parte del elemento superior.

Nuevas partes para homogeneización de microestructuras
En las bibliotecas de partes, se ha añadido una nueva carpeta denominada Representative Volume Elements a la rama COMSOL Multiphysics. Contiene numerosas geometrías parametrizadas para microestructuras comunes, como fibras, poros y compuestos de partículas. Estas geometrías se pueden utilizar para calcular las propiedades efectivas de los materiales utilizando el método de elemento de volumen representativo (RVE). Los nuevos modelos "Homogenized Material Properties of Periodic Microstructures" y "Micromechanical Model of a Particulate Composite" destacan esta nueva incorporación.

Ejemplos de geometrías parametrizadas de la Biblioteca de partes.

Nuevos modelos tutoriales

6

NOVEDADES

La versión 6.0 trae una nueva interfaz multifísica de Magnetomecánica, síntesis en modo componente (CMS) y arrugamiento de membranas.

Interfaz multifísica de magnetomecánica
En la rama Interacción electromagnética-estructura, en el árbol Seleccionar física, se han añadido dos nuevas interfaces físicas para el análisis de efectos magnéticos y mecánicos acoplados: Magnetomecánica y Magnetomecánica, Sin corrientes. Las aplicaciones típicas ocurren cuando un campo magnético induce deformaciones en un sólido o, por el contrario, cuando una estructura en movimiento cambia el campo magnético. Esta funcionalidad se utiliza en el nuevo modelo tutorial Deformation of an Iron Plate by Magnetic Force. Téngase en cuenta que la funcionalidad requiere el módulo AC/DC.

Campo magnético en un contactor de CA poco después del cierre. Los contornos magenta indican la posición abierta original.

Interfaz multifísica Piezoelectric Waves, Time Explicit
Con la interfaz multifísica Piezoelectric waves, Time explicit, se obtiene acceso a nuevas capacidades para modelar fenómenos piezoeléctricos en el dominio del tiempo para la propagación de ondas. Se pueden modelar tanto los efectos piezoeléctricos directos como los inversos y el acoplamiento piezoeléctrico se puede formular utilizando las formas de carga de tensión o carga de deformación. La nueva interfaz acopla la interfaz Elastic Waves, Time Explicit con la interfaz Electrostática utilizando el nuevo acoplamiento multifísico Piezoelectric effect, Time explicit.

La interfaz se basa en el método discontinuo de Galerkin (dG o dG-FEM) y utiliza un resolvedor de tiempo explícito. La parte electrostática del sistema de ecuaciones se resuelve en cada paso de tiempo a través de un sistema algebraico de ecuaciones resuelto con el método clásico de elementos finitos (FEM). Esto asegura un método híbrido muy eficiente desde el punto de vista computacional que puede resolver modelos muy grandes con muchos millones de grados de libertad (DOF). El método es muy adecuado para la computación distribuida en arquitecturas en clúster.

Aplicación de la interfaz multifísica Piezoelectric Waves, Time Explicit en una configuración de prueba no destructiva (NDT) de haz angular.

Funcionalidad de postprocesado de Cálculo de Desplazamiento en Elastic Waves, Time Explicit
Se ha añadido una nueva funcionalidad de postprocesado llamada Compute Displacement a la interfaz física de Elastic Waves, Time Explicit. La función permite calcular de manera óptima el desplazamiento en puntos, a lo largo de las aristas, en contornos o en los dominios, resolviendo un conjunto de EDO auxiliares. Las nuevas funcionalidades se añaden como subfunciones a un modelo de material como el Elastic Waves, Time Explicit Model o el modelo Piezoelectric Material. La funcionalidad no afecta los resultados, sino que se utiliza únicamente para el postprocesado y genera variables de campo que se pueden utilizar para visualizar y postprocesar los desplazamientos. Dado que la función añade y resuelve ecuaciones adicionales, su uso requiere recursos computacionales adicionales.

Interfaz física para la poroelasticidad con grandes deformaciones
La nueva interfaz multifísica de Poroelasticity, Large deformation, Solid se utiliza para modelar la poroelasticidad bajo deformaciones estructurales finitas. Con esta interfaz pueden modelarse situaciones donde hay cambios significativos en la geometría del sólido poroelástico y cambios resultantes en la porosidad. Tengase en cuenta que esta nueva interfaz requiere el módulo Porous Media Flow Module.

Simetría axial con giro
En la interfaz de Mecánica de sólidos, en axisimetría 2D, ahora es posible incluir deformaciones circunferenciales. Esto se puede habilitar seleccionando la casilla de verificación Incluir desplazamiento circunferencial en la sección Aproximación de simetría axial de la interfaz física. Con esta opción, es posible modelar, por ejemplo, la torsión de estructuras axisimétricas de una manera computacionalmente eficiente. Puede verse esta función en el nuevo modelo tutorial Axisymmetric Twist and Bending.

Un eje hueco sometido a torsión. El contorno gris indica la geometría axisimétrica 2D utilizada para el análisis, y los resultados se muestran en 3D utilizando un conjunto de datos de revolución.

Mejoras en la evaluación y visualización de datos en Sección transversal de viga
La interfaz de Sección transversal de viga ahora está disponible en 3D. En la versión 3D se tiene la posibilidad de extruir la sección transversal y luego mostrar una representación 3D completa de las tensiones en una viga. La versión 2D de la interfaz también se ha actualizado significativamente. Un cambio importante es que la interfaz ahora puede manejar más de una sección transversal. Además, hay nuevos acoplamientos multifísicos, Beam Cross Section - Beam Coupling y Beam-Beam Cross Section Coupling, para la transferencia de datos entre una interfaz Sección transversal de viga en un lado y una interfaz Viga o Mecánica de tubería en el otro lado.

La distribución de tensión de von Mises en una viga IPN, utilizando la visualización del viga estándar (arriba) y con los mismos resultados transferidos a la interfaz de Sección transversal de viga (abajo).

Cargas puntuales en ubicaciones arbitrarias
Con las nuevas funcionalidades Point load, Free y Ring load, Free se pueden aplicar cargas puntuales en ubicaciones arbitrarias que no coinciden con un punto geométrico o un nodo de malla. Esto es particularmente útil en los siguientes casos:

• Mallas importadas, donde puede que no haya puntos adecuados para la aplicación de la carga.
• Cargas móviles
• Modelos con muchas cargas puntuales, en cuyo caso puede resultar poco práctico crear puntos geométricos en todas las ubicaciones de carga

Esta funcionalidad está disponible en las interfaces de Mecánica de sólidos, Carcasa, Placa, Membrana, Viga, Armadura y Dinámica multicuerpo y se puede ver en el modelo tutorial actualizado Pratt Truss Bridge.

Dos cargas puntuales independientes de la malla sobre un bloque sólido.

Visualización mejorada de cáscaras
Cuando se utiliza el conjunto de datos Cáscara, ahora es posible trazar los resultados en modelos de cáscara con una representación sólida completa. La distribución a través del espesor de una cantidad de resultado también se puede visualizar como si la cáscara estuviera representada por un objeto sólido.

Tensiones en una cáscara, presentada utilizando el conjunto de datos Cáscara. Las partes transparentes del modelo constan de elementos sólidos.

Acoplamientos entre cáscaras disjuntas
En la interfaz Cáscara se han añadido tres nuevas condiciones de contorno y de arista para facilitar un acoplamiento entre las partes de las cáscaras que están ubicadas de modo que existan espacios en la geometría. Estos son: Arista a arista, Arista a contorno y Contorno a contorno. Los acoplamientos pueden ser rígidos o elásticos. Algunas aplicaciones son:/p>

• Las geometrías importadas donde hay espacios entre las piezas y los nuevos acoplamientos se pueden utilizar para unir esas piezas.
• La generación de superficies intermedias con espacios residuales entre las piezas y los nuevos acoplamientos se puede utilizar para unir esas piezas.
• Evitar la flexibilidad artificial causada por el uso de una arista común en, por ejemplo, una articulación en T. El grosor de la cáscara ahora se puede tener en cuenta de una manera más precisa.
• Modelado de soldadura, en cuyo caso puede utilizarse la versión flexible del acoplamiento y evaluar las fuerzas en la soldadura.

Tensiones en una cáscara cuando se usa el acoplamiento de arista a arista. Primer plano: representación de la superficie media junto con las aristas conectadas. Fondo: los mismos resultados utilizando el espesor 3D real en un conjunto de datos de Cáscara.

Cargas en la superficie superior o inferior de las cáscaras
Ahora es posible aplicar cargas en las interfaces Cáscara y Placa no solo en la superficie media sino también en las superficies superior e inferior. El uso de la ubicación real en la dirección del espesor puede ser importante para las cáscaras con un espesor significativo, en particular cuando están curvadas. La razón es que, de lo contrario, no se tendrán en cuenta las contribuciones de par correspondientes. Puede verse esta nueva característica en el modelo actualizado del tutorial Connecting Shells and Solids.

Presión interna en una cáscara cilíndrica. En nuevo conjunto de datos Cáscara se utiliza para la visualización.

Síntesis en modo de componentes
Los componentes lineales construidos usando las interfaces de Mecánica de Sólidos y Dinámica Multicuerpo se pueden reducir a modelos de orden reducido, computacionalmente eficientes, usando el método Craig-Bampton. Estos componentes se pueden utilizar en análisis dinámicos o estacionarios, ya sea en un modelo que consta completamente de componentes reducidos o junto con modelos de elementos finitos elásticos no reducidos. Este último puede entonces ser no lineal. El enfoque, que se denomina síntesis en modo de componentes (CMS) o subestructuración dinámica, puede proporcionar grandes mejoras en términos de tiempo de cálculo y uso de memoria. Los resultados, como tensiones y deformaciones, en un componente reducido se pueden presentar de la misma forma que para cualquier otra parte del modelo. Esta nueva característica puede verse en el modelo tutorial Component Synthesis Tutorial.

En este modelo de caja de cambios, la carcasa (verde) se reduce a un modelo dinámico equivalente con 74 grados de libertad (DOF), que actúa como soporte del mecanismo de engranajes. El modelo total, fuertemente no lineal, de los engranajes giratorios tiene 170 grados de libertad.

Modelado significativamente más fácil de contacto mecánico
El análisis estructural de ensamblajes, incluido el contacto mecánico, ahora es mucho más fácil de configurar. Esto se debe a la automatización incluida de funcionalidades de pares, contacto y continuidad. Si hay al menos un par de contactos en el modelo, se creará automáticamente un nodo de contacto predeterminado en las interfaces de mecánica estructural relevantes. Del mismo modo, si hay al menos un par de identidades, se crea automáticamente un nodo de continuidad predeterminado. Por lo tanto, si las partes de su geometría se colocan adyacentes entre sí, también se conectarán desde el punto de vista de la física, asumiendo que está utilizando la creación automática de pares en el nodo Formar ensamblaje en la secuencia geométrica.

Como resultado de la reformulación general de la funcionalidad del par, la casilla de verificación Fuente externa a la física actual en Contacto ya no es necesaria y se ha eliminado. Es decir, el contacto entre diferentes interfaces físicas también se maneja automáticamente.

Todos los modelos que contienen Contacto o Continuidad se han actualizado en consecuencia.

Integración reducida
En las interfaces de Mecánica de sólidos y Membrana se ha añadido un nuevo marco de trabajo para una técnica numérica conocida como integración reducida. La integración reducida es particularmente útil cuando el coste computacional por punto de integración es alto, lo cual es cierto para muchos modelos de materiales avanzados. También se puede utilizar para aliviar problemas de bloqueo con algunos modelos de material.

Para elementos con funciones de forma lineal, la integración reducida puede causar singularidades en la matriz de rigidez. Esto se contrarresta con la adición de estabilización de reloj de arena.

La integración reducida se controla desde la sección Configuración de cuadratura en varios modelos de materiales. Está disponible en modelos de materiales de alto nivel como Material elástico lineal. La regla de integración seleccionada será heredada por los subnodos que se puedan agregar.

Mejoras en el modelado de tornillos
Se han introducido varias mejoras para mejorar la productividad al modelar estructuras atornilladas:

• La función Pretensión de perno ahora también está disponible en la interfaz Viga, lo que facilita el modelado simplificado de pernos utilizando elementos de viga.
• El acoplamiento multifísico Conexión sólido-viga se ha ampliado con una opción para conectar un punto de una viga a una arista de un sólido. Esta mejora no se limita de ninguna manera al modelado de pernos, pero es particularmente útil para una representación simplificada de la cabeza del perno cuando se utilizan elementos de viga para modelar pernos.
• Ahora es posible apretar un conjunto de pernos en una secuencia definida por el usuario mediante un solo paso de estudio de Pretensión de pernos. Esto hace que sea mucho más conveniente modelar casos en los que el orden en el que se aprietan los pernos es importante.
• La precarga del perno ahora también se puede prescribir en términos de par de apriete.
• Cuando hay tornillos presentes en un modelo, se creará automáticamente un grupo de evaluación que contiene las fuerzas de los tornillos.
• Las etiquetas de identificación de los tornillos se pueden generar automáticamente.

Pueden verse estas mejoras en el nuevo modelo tutorial Modelling of Pretensioned Bolts.

Pernos, modelados utilizando un elemento sólido y vigas. Se muestran las tensiones en la superficie bajo los pernos.

Mejoras de la viscoelasticidad
Hay varias adiciones importantes a los modelos de material viscoelástico:

• Para los análisis dependientes del tiempo y del dominio de la frecuencia, todos los modelos de viscoelasticidad se han aumentado con la posibilidad de incluir viscoelasticidad también en la deformación volumétrica.
• El modelo Maxwell generalizado ahora tiene la posibilidad de podar ramas que representan rangos de frecuencia fuera del ancho de banda de las cargas prescritas, mejorando el rendimiento en análisis dependientes del tiempo para modelos con docenas de ramas viscoelásticas.
• Para los análisis en el dominio de la frecuencia, un nuevo modelo de viscoelasticidad definido por el usuario permite ingresar expresiones dependientes de la frecuencia para los módulos de pérdida y almacenamiento o conformidades.
• A través de una nueva formulación de las ecuaciones viscoelásticas, ahora es posible resolver las frecuencias propias en una estructura que contiene materiales viscoelásticos utilizando un procedimiento estándar para problemas de frecuencias propias amortiguadas. Anteriormente, el problema de los valores propios no era lineal en la frecuencia y solo se podía encontrar una frecuencia propia a la vez. Pueden verse estas mejoras en los modelos tutorial Eigenmodes of a Viscoelastic Structural Damper y Viscoelastic Structural Damper - Transient Analysis.

Arrugas en membranas
Las membranas solo son estables mientras todas las tensiones en el plano sean de tracción. Cuando una tensión principal en una membrana cae por debajo de cero, la matriz de rigidez se vuelve singular. Físicamente, esto significa que se producirán arrugas. Esta situación ahora puede ser manejada por la adición del nuevo subnodo Wrinkling bajo el nodo Material elástico lineal en la interfaz Membrana.

Arrugamiento durante el inflado de un airbag. En las regiones azules, se detecta el arrugamiento, ya que únicamente una tensión principal (flechas rojas) es mayor que cero.

Nuevos modelos de amortiguación
Se han añadido nuevos modelos de amortiguación para los modelos de material mecánico:

Mejoras en el modelado de grietas
Al modelar grietas con la funcionalidad Grieta, existen varias mejoras:

Una placa con una grieta en el borde sujeta a tensión (izquierda) y compresión (derecha) cuando se usa la función de cierre de grietas.

Formulación mixta mejorada
En los modelos de material que tienen la opción de seleccionar una formulación mixta, ahora puede modificarse la discretización para la variable dependiente adicional (presión o deformación volumétrica). Esto facilita evitar bloqueos e inestabilidades en materiales con baja compresibilidad.

Cuando se selecciona una formulación mixta en la configuración de Material elástico lineal, aparecerá automáticamente una nueva sección de Discretización para el modelo de material. En esta sección, puede elegir entre diferentes tipos de funciones de forma para la variable dependiente adicional.

Mejoras en la linealización de la tensión
La funcionalidad Linealización de tensión en la interfaz Mecánica de sólidos tiene dos mejoras que la hacen mucho más fácil de usar:

Pueden verse estas mejoras en el modelo tutorial Temperature-Dependent Plasticity in Pressure Vessel.

Intensidad de la tensión, dibujada como un campo sobre un límite en el exterior de un recipiente a presión. El volumen está coloreado por temperatura. Durante una temperatura transitoria como esta, sería difícil encontrar la ubicación crítica para la linealización de la tensión a través de la pared del recipiente a presión sin ver la distribución sobre el límite.

Material elástico lineal reforzado con fibra
Al añadir uno o más subnodos de Fibra debajo de un material elástico lineal, puede aumentarse la rigidez mediante el efecto de las fibras distribuidas. Se supone que el contenido de fibra es una pequeña fracción del volumen total del material. Opcionalmente, las fibras pueden estar activas solo en tensión, para simular el pandeo de las fibras. También puede modelar la expansión térmica de las fibras agregando un subnodo de Expansión térmica bajo el nodo Fibra.

Tensión en un cilindro sólido con fibras incrustadas. Tengase en cuenta que las fibras en realidad se distribuyen uniformemente como una fracción de volumen; las líneas de corriente se utilizan para la visualización.

Cálculo de fuerzas de sección en sólidos
Al añadir el nuevo nodo Fuerzas de sección en Mecánica de sólidos, se puede calcular las fuerzas de sección (fuerza axial, fuerzas cortantes, momentos de flexión y momento de torsión) en una sección transversal en una estructura sólida. Puede verse esta nueva característica en el modelo tutorial Prestressed Bolts in a Tube Connection.

Momentos de sección calculados en una sección transversal a través de un tubo sometido a flexión y torsión.

Imperfección inicial en el análisis de pandeo
Ahora puede utilizarse una combinación lineal de modos de pandeo de un análisis de pandeo lineal como imperfecciones iniciales de la geometría al realizar un análisis de pandeo no lineal completo. Esta funcionalidad se controla desde el nuevo nodo Buckling Imperfection. El modelo de tutorial Linear Buckling Analysis of a Truss Tower demuestra esta nueva característica.

Entrada de tensión residual
En la configuración del subnodo Tensión externa, ahora hay una opción llamada Residual Stress. Una contribución de tensión residual no afectará directamente los desplazamientos. Es decir, si solo se introduce una tensión residual y no otras cargas, no habrá desplazamientos. Sin embargo, la tensión se añade al tensor de estrés en el sentido de que será parte del estado de tensión que se utiliza en varios modelos de materiales. Esto se puede utilizar, por ejemplo, para prescribir tensiones residuales que existen en un material después de la soldadura.

Nuevos modelos tutoriales

5.6

NOVEDADES

Contacto dinámico

Nuevos algoritmos para el contacto dinámico proporcionan una mejora significativa a la conservación de momento y energía durante eventos de contacto transitorio. Este significa que se puede modelar con precisión problemas de contacto transitorio con pasos de tiempo significativamente más grandes que en versiones anteriores. Los nuevos métodos son accesibles seleccionando la formulación Penalización, dinámica o Lagrangiano aumentado, dinámico del nodo Contacto. Puede verse la funcionalidad en el nuevo modelo tutorial "Impact Between Two Soft Rings" y en "Impact analysisi of a Golf Ball".

Modelado de grietas

El nuevo nodo Grieta, disponible en la interfaz de Mecánica de sólidos, puede utilizar para diferentes tipos de simulaciones mecánicas de fractura. Cuando se aplica a un contorno interno, los dos lados se desconectan. Una grieta puede ser ideal o modelada con caras separadas en la geometría. A través de la adición del subnodo Integral J, se puede calcular las integrales J y los factores de intensidad de tensión en 2D, 2D axisimétrico y 3D. Un subnodo especial Carga en cara está disponible para prescribir una carga en las caras de la grieta.

Una grieta ramificada en un campo de tensión uniforme. Izquierda: tensión de von Mises. Derecha: Gráfico por defecto con caminos de integración y valores calculados de la integral J.

Simulación de desgaste

Se han añadido métodos para modelar desgaste mecánico en la forma de un nuevo nodo Wear, un subnodo bajo Contacto disponigle en las interfaces Mecánica de sólidos y Dinámica multicuerpo. La tasa de desgaste se basa en una ecuación Archard genealizada. Existen dos algoritmos para modelar desgaste. Para desgaste general, y cambios arbitrarios de la geometría debidos al desgaste, se utiliza una aproximación de geometría deformada. También existe una aproximación simplificada en la que el desgaste se incorpora en el desplazamiento en el espacio del contacto. Puede verse un ejemplo de la característica de Desgaste en el nuevo modelo tutorial "Disc Brake Pad Wear".

Refuerzos incrustados

Un nuevo acoplamiento multifísico Refuerzo incrustado permite insertar elementos de arista desde las interfaces Celosía o Viga, y elementos de superficie de la interfaz Membrana, en un dominio modelado con Mecánica de sólidos. La malla en la interfaz de menor dimensión es independiente de la malla del dominio. El objetivo es modelar estructuras como refuerezos incrustados y sensores, por ejemplo. La conexión puede ser completamente rígida o flexible. También se puede modelar despegues entre elementos incrustados y el sólido circundante. Puede verse este nuevo acoplamiento en el modelo tutorial actualizado "Concrete Beam with Reinforcement Bars".

Tensión axial en barras de refuerzo empotradas en una viga de hormigón mediante el acoplamiento multifísico Refuerzos incrustado.

Intefaz multifísica Electrostricción

Con la nueva interfaz multifísica Electroestricción se puede modelar fenómenos de electroestricción, o sea, una situación donde una deformación proporconal al cuadrado de la polarización es inducida por un campo eléctrico. Esta interfaz añadirá interfaces de Mecánica de sólidos y Electrostática, junto con el nuevo acoplamiento multifísico Electroestricción. En Electrostática, se utiliza el modelo de material estándar Conservación de carga. Tenga en cuenta que para utilizar esta funcionalidad es necesario el módulo AC/DC.

Interfaz multifísica de ferroelectroelasticidad

Una nueva interfaz multifísica de Ferroelectroelasticidad está pensada para el análisis de materiales ferroeléctricos que muestran propiedades piezoeléctricas no lineales. Esta interfaz multifísica añadirá interfaces de Mecánica de sólidos y Electrostática, junto con el nuevo acoplamiento multifísico Electroestricción. En Electrostática se utiliza el nuevo modelo de material Conservación de carga, ferroeléctrico para simular, por ejemplo, histéresis utilizando un modelo de Jiles-Atherton. Puede verse esta interfaz en el modelo tutorial "Hysteresis in Piezoelectric Ceramics". Tenga en cuenta que para utilizar esta funcionalidad es necesario el módulo AC/DC.

Ejemplo de variación en deformación electroestrictiva como función de un campo eléctrico variando armónicamente con tres diferentes amplitudes.

Acoplamientos multifísicos de transición para mecánica de tuberías

Un nuevo acoplamiento multifísico Conexión estructura-tubería se ha añadido para facilitar transiciones de la interfaz Mecánica de tuberías a las interfaces de Cáscara y Mecánica de sólidos. El objetivo es cambiar entre la representación lineal en las interfaces de Mecánica de tuberías a una representación 3D más precisa donde existen transiciones en la geometría de la tubería.

Transición de una tubería modelada utilizando Mecánica de tuberías a una interfaz de Cáscara (arriba) y una interfaz de Mecánica de sólidos (abajo).

Restricciones unidireccionales para Vigas y tuberías

En las interfaz Viga y Mecánica de tuberías, el nodo Desplazamiento prescrito/rotación se ha ampliado con una opción llamada Desplazamiento limitado. Cuando esta opción es seleccionada, se puede definir un límite superior e inferior para el desplazamiento. En particular, esto facilita el modelado de vigas descansando en soportes unidireccionales.

Esta opción está disponible para restricciones en puntos, así como para restricciones en aristas.

Soporte unidireccional en el medio de una viga cargada uniformemente. El soporte se encuentra a cierta distancia por debajo de la viga. Las cuatro vigas son idénticas, excepto por el tamaño de la carga. Las barras grises ilustran los soportes, pero no forman parte del modelo.

Interfaz multifísica Interacción fluido-tubería, geometría fija

La nueva interfaz Interacción fluido-tubería, geometría fija puede ser utilizado para tener en cuenta el efecto de la carga del fluido sobre el análisis estructural cuando se modela interacción fluido-estructura (FSI). El nuevo acoplamiento multifísico Interacción fluido-tubería conecta las interfaces Flujo en tuberías y Mecánica de tuberías. Se tienen en cuenta la presión interna, las fuerzas de arrastre, cargas en curvas, y cargas en las uniones, para obtener simulaciones FSI más precisas. Puede verse una demostración de la nueva interfaz en el modelo "Coupled Analysis of Flow and Stress in a Pipe".

Tensiones y deformaciones en la tubería mediante el acoplamiento multifísico de interacción fluido-tubería.

Puntos de conexión de muelles y amortiguadores

En todas las interfaces de mecánica estructural, se ha añadido una nueva funcionalidad llamada Muelle-Amortiguador para conectar dos puntos con un muelle y/o amortiguador. Los puntos pueden ser puntos geométricos, pero también pueden ser abstractos, por ejemplo, a través del uso de conexiones adjuntas o directas con cuerpos rígidos. El muelle puede ser físico , con una fuerza actuando a lo largo de la línea entre los dos puntos, o descrito por una matriz completa, conectando todos los grados de libertad translacionales y rotacoinales en los dos puntos. La funcionalidad también posibilita conectar un muelle entre dos puntos en dos interfaces físicas diferentes.

Condición de contorno de puerto para propagación de ondas elásticas

La nueva condición de contorno Puerto, disponible con la interfaz Mecánica de sólidos, está diseñada para excitar y absorber ondas elásticas que entran o salen de estructuras de guía de ondas sólidas. Una condición de Puerto dada soporta un modo de propagación específico. Combinando varias condiciones de Puerto en el mismo contorno permite un tratamiento consistente de una mezcla de ondas propagándose, por ejemplo, modos longitudinales, torsionales y transversales. El ajuste combinado con varias condiciones de Puerto proporciona una condición superior no reflectante para guías de onda a una configuaración PML (capa perfectamente adaptada) o la funcionialidad Contorno de baja reflectividad, por ejemplo. La condición de puerto soporta el cálculo de parámetros S (parámetros de dispersión), pero también puede utilizarse como una fuente para excitar un sistema. La potencia de las ondas reflejada y transmitida está disponible en postprocesado. Para calcular e identificar los modos de propagación, está disponible el estudio Análisis modal de contornos en combinación con las condiciones de puerto. Puede verse esta funcionalidad en el nuevo modelo tutorial "Mechanical Multiport System: Elastic Wave Propagaton in a Small Aluminum Plate".

Ejemplo de estructura con cuatro puertos.

Nuevos ajustes para resolver problemas de ondas elásticas transitorias con mecánica de sólidos

Se han introducido nuevos ajustes en la interfaz de Mecánica de sólidos para asegurar una correcta y eficiente configuración del resolvedor cuando se resuelven problemas de ondas elásticas en el dominio del tiempo. Los ajustes son similares a los existentes en las interfaces acústicas transitorias. En el nodo de la interfaz de Mecánica de sólidos, se ha introducido una nueva sección de Ajustes del resolvedor transitorio con una opción para especificar la Máxima frecuencia a resolver. Esta debería ser el contenido máximo de frecuencia de la excitación de la fuente o la frecuencia de modos propios máxima que puede ser excitada. La sugerencia de resolvedor generada automáticamente tendrá ajustes que utilizan un método de resolvedor apropiado para propagación de ondas y aseguran una resolución apropiada tanto en tiempo como en espacio.

Mejoras en conector rígido

Las funcionalidades de Conector rígido tienen múltiples mejoras. En las interfaces Cáscara y Viga, se han ampliado las alternativas de selección al nivel más alto, o sea, contornos y aristas, respectivamente. Cuando el centro de rotación se define por una selección de punto, el punto ya no tiene que ser parte de la interfaz física en sí misma. Se puede acoplar conectores rígidos de diferentes interfaces físicas, definiendo asi un nuevo tipo de objeto rígido virtual (esta selección reside en la sección Avanzada de los ajustes para el conector rígido). En las interfaces Mecánica de sólidos, Cáscara, y Viga, puede generarse automáticamente conectores rígidos a partir de elementos RBE2 en un archivo importado en formato NASTRAN®. Esto se controla desde una sección llamada Modelado automático en los ajustes para estas interfaces. Los conectores rígidos pueden pertenecer a varias interfaces físicas, para imitar la conexiones en el archivo importado.

El punto final de un perno modelado usando la interfaz Viga está rígidamente conectado a algunos límites en la cara de un sólido, modelado usando la interfaz Mecánica de sólidos.

Fricción con una velocidad de deslizamiento conocida

En algunas aplicaciones la dirección de las fuerzas de fricción son conocidas, porque dos objetos se deslizan entre si con una velocidad relativa dada. En este caso, no es necesario resolver las fuerzas de fricción, lo que puede acelerar significativamente la solución. La nueva funcionalidad Velocidad de deslizamiento, añadida a un subnodo bajo el nodo Contacto, puede utilizarse para estos casos. Las entradas para este nodo son similares a aquellas del nodo Fricción. Puede verse esta funcionalidad en el nuevo modelo "Disc Brake Pad Wear".

En este ejemplo, la fricción entre el disco de freno y la pastilla de freno se puede modelar utilizando el nodo Velocidad de deslizamiento, ya que el movimiento relativo se puede expresar analíticamente. El gráfico de superficie muestra la magnitud de la fuerza de fricción.

Evaluación de pandeo local en estructuras en celosía

Se han añadido un conjunto de variables para representar el margen de seguridad contra el pandeo local en cada miembro de una estructura en celosía. Se proporcionan datos de entrada para la evaluación en la nueva sección Pandeo local de la ventana de Ajustes del nodo Datos de sección cruzada. Esto facilita la predicción del riesgo de pandeo local, aunque cada miembro se modele únicamente con un simple elemento de celosía. Si se fuera a realizar un análisis de pandeo completo, cada miembro tendría que modelarse mediante un número de elemenots viga, teniendo todos grados de libertad rotacionales desconectados en cada unión.

Forma de pandeo global (izquierda) e índice de falla para pandeo local cuando se aplica la carga de pandeo global (derecha). Dado que el índice de falla excede 1, el pandeo local ocurrirá antes de que se alcance la carga de pandeo global.

Nueva opción para prescribir velocidad de marco giratorio

En el nodo Marco giratorio en las interfaces Mecánica de sólidos y Dinámica multicuerpo, se ha añadido una nueva opción Cuerpo rígido. Con esta opción, se entra una torsión dependiente del tiempo alrededor del eje de rotación, y se calcula la velocidad rotacional mediante integración de la ecuación de movimiento de cuerpo rígido.

Activación de material en la interfaz de celosía

La funcionalidad para activación y desactivación de un material se ha añadido a la interfaz Celosía. El subnodo Activación, bajo Material elástico lineal, puede utilizarse para simular procesos de construcción donde se añadan barras en diferentes etapas.

Mejoras en contactos

Además del nuevo contacto dinámico y la funcionalidad de desgaste, existen varias mejoras adicionales en el campo de la mecánica de contacto. Puede utilizarse un resolvedor completamente acoplado junto con el algoritmo de contacto Lagrangiano aumentado, facilitando la configuración de secuencias de resolvedor y mejorando la estabilidad y convergencia en algunos problemas. También, en el subnodo Fricción bajo Contacto, se puede seleccionar Definido por el usuario como modelo de Fricción para entrar directamente una expresión para la fuerza tangencial que causa deslizamiento en términos de cualquier otra variable. Finalmente, existen varias maneras de proporcionar factores de penalización, tanto para el método de penalización como para el método Lagrangiano aumentado.

Cálculo de rotación desde desplazamientos

En las interfaces físicas que hay desplazamientos como grados de libertad, a veces es necesario estudiar la rotación de una región. Para hacerlo se puede añadir un nodo Rotación promedio que utiliza los desplazamiento de un conjunto de puntos para generar variables que representan esta rotación. Si se dan más de tres puntos se aplica un esquema de mínimos cuadrados para hacer la mejor aproximación de la rotación de un cuerpo rígido para el conjunto entero de puntos. Adicionalmente, se pueden calcular las velocidades y aceleraciones angulares. Puede verse esta nueva funcionalidad en los modelos tutoriales, nuevo "Impact Analysis of a Golf Ball" y actualizado "Sensitivity Analysis of a Truss Tower".

Selección de 6 puntos en una pelota de golf, para calcular las velocidades lineales y angulares promedio después del impacto.

Entrada directa de rigidez de sección en vigas

Un nuevo modelo de material, Rigidez de sección, ha sido introducido en la interfaz Vigas. Aquí se entran directamente datos como rigidez axial, rigidez de flexión, etc. El objetivo de este modelo de material es facilitar el modelado de secciones de vigas complejas, donde las propiedades de rigidez no puede deducirse de un simple material elástico, y las propiedades geométricas de la sección cruzada, como es el caso de vigas compuestas.

Formulación mixta en material de capas elástico lineal

Para el nodo Material de capas elástico lineal, se ha añadido soporta para utilizar una formulación mixta. La formulación mixta soporta tanto Formulación de presión como Formulación de deformación. Puede utilizarse para mejorar la precisón para materiales con baja compresibilidad

La formulación mixta en una cáascara de una única capa está disponible con el módulo Structural Mechanics. Si se dispone del módulo Composite Materials Module, la formulación mixta también puede utilizarse en cáscaras multicapa.

Amortiguación viscosa en material de capas elástico lineal

Ahora puede añadirse amortiguación viscosa en el subnodo Amortiguación bajo Material de capas elástico lineal en la interfaz Cáscara.

La amortiguación viscosa para una cáscara de una única capa está disponible en Structural Mechanics Module. Si se dispone del módulo Composite Materials, también puede aplicarse a cáscaras multicapa, y las capas individuales pueden tener diferentes valores de amortiguación.

Material de capas hiperelástico en interfaz Cáscara

Todos los modelos de Material Hiperelástico disponibles en la interfaz Mecánica de sólidos ahora están disponibles para el nodo de Material de capas hiperelástico en la interfaz Cáscara. Si el módulo Composite Materials está disponible los modelos de material también pueden utilizarse en cáscaras multicapa, y las capas individuales pueden tener diferentes modelos de material.

Mejoras en viscoelasticidad

Dos nuevos modelos de viscoelasticidad han sido añadidos: Maxwell y Kelvin-Voigt generalizado. El material Maxwell puede ser considerado como un tipo de líquido, ya que su deformación de largo término bajo una tensión constante no está limitada. El modelo Kelvin-Voigt generalizado tiene una representación en serie de Prony con varias constantes de tiempo. Conceptualmente, consta de un conjunto de elementos Kelvin (elementos muelle y amortiguador en paralelo) conectados en serie.

Para análisis en el dominio de la frecuencia, todos los modelos viscoelásticos (Maxwell generalizado, Kelvin-Voigt generalizado, Maxwell, Kelvin-Voigt, sólido lineal estándar, y Burgers) han sido ampliados por una representación derivativa fraccional. Utilizando una representación fraccional derivativa en el tiempo se facilita el ajuste de los datos del material a experimentos para varios materiales. Para el análisis en el dominio del tiempo, el uso de modelos viscoelásticos Maxwell generalizado y Sólido lineal estándar ha mejorado el rendimiento en más de un orden de magnitud.

La función de desplazamiento Tool-Narayanaswamy-Moynihan es comunmente utilizada para describir la temperatura de transición del cristal en cristales y polímeros. Se ha añadido al conjunto de funciones de desplazamiento en el nodo Viscoelasticidad.

Nuevos modelos tutoriales

5.5

NOVEDADES

La versión 5.5 permite el modelado de contacto en cáscaras y membranas, plasticidad, arrastre, viscoplasticidad y viscoelasticidad disponibles para cáscaras, y una interfaz física para el análisis mecánico de tuberías.

Extensiones al modelado de contacto
La funcionalidad de modelado de contacto se ha ampliado a más interfaces físicas, ahora está disponible en: Solid Mechanics, Multibody Dynamics, Shell (nuevo), y Membrane (nuevo). Adicionalmente se puede analizar contacto entre contornos medelados con cualquier par de esas interfaces. Similarmente, puede modelarse contacto entre un contorno en el que cualquiera de esas interfaces esté activa, y una parte mallada arbitrariamente, incluso si esta última no tiene una física asignada a ella.

Un bloque sólido presiona sobre un arco medelado por elementos de cáscara.

Extensiones de plasticidad, arrastre, viscoplasticidad y viscoelasticidad
Las funcionalidades Plasticity, Creep, Viscoplasticity, y Viscoelasticity, destinadas al modelado de deformaciones inelásticas en metales y aleaciones, ahora están disponibles en la interfaz Shell. Esto es importante para reducir tiempo de cálculo cuando se modelan estructuras con paredes delgadas. Se puede controlar el balance entre precisión y tiempo de cálculo seleccionando el número de puntos de integración en la dirección a través del grosor. Puede verse esta nueva funcionalidad en los modelos Twisting and Bending of a Metal Frame y Pressurized Orthotropic Container - Shell Version.

La tensión de von Mises en un marco con paredes finas modelado con la interfaz Shell después de torcerlo y doblarlo a un nivel de carga causa la flexión.

Mejoras de decohesión
Ahora hay dos familias fundamentales de modelos de decohesión: Displacement based damage y el nuevo Energy based damage. Adicionalmente, se pueden configurar modelos con una nueva ley de separación de tracción, Exponential separation. Los modelos de decohesión son inherentemente inestables, debido a la pérdida de rigidez del material, y para mejorar el comportamiento numérico, se puede incluir un método de regularización Delayed damage.

Desunión de una material compuesto laminado utilizando el modelo de decohesión Displacement based damage.

Interfaz multifísica para FSI con transferencia de calor
En algunos problemas de interacción fluido-estructura (FSI), la transferencia de calor entre el fluido y el sólido es importante. Usualmente esto también está acompañado por deformaciones o tensiones inducidas térmicamente en el sólido. Una nueva interfaz multifísica, Fluid-Solid Interaction, Conjugate Heat Transfer se ha añadido para poder configurar modelos que combinen estos efectos de forma conveniente. Esta combina las tres interfaces físicas Heat Transfer in Solids and Fluids, Solid Mechanics, y Laminar Flow junto con una malla móvil y los acoplamientos multifísicos apropiados. Como en otras interfaces FSI, el flujo puede cambiarse fácilmente de laminar a turbulento. Puede verse esta nueva funcionalidad en el modelo Bimetallic Strip in Airflow.

Flujo alrededor de una tira bimetálica que se curva cuando está sujeta al calentamiento procedente del fluido.

Interacción fluido-estructura para flujos de dos fases
La suite de interfaces multifísicas para interacción fluido-estructura dispone de dos nuevas entradas para flujos de dos fases: Fluid-Solid Interaction, Two Phase Flow, Phase Field e Fluid-Solid Interaction, Two-Phase Flow, Phase Field, Fixed Geometry. Cuando se selecciona la opción Fluid-Solid Interaction, Two Phase Flow, Phase Field en el Ayudante del modelo, las interfaces Laminar Flow, Solid Mechanics, y Phase Field se añaden, jutno con los acoplamientos multifísicos Fluid-Structure Interaction y Two-Phase Flow y una funcionalidad Deforming Domain. La opción de geometría fija incluye lo mismo, menos la funcionalidad de Deforming Domain. Puede verse esta nueva funcionalidad en el modelo Two-Phase Flow with Fluid-Structure Interaction.

Simulación de flujo de dos fases (agua y aire) interactuando con una cáscara delgada. La superficie azul es el contorno de agua libre. Se muestran también los desplazamientos en la cáscara y las líneas de corriente del flujo.

Análisis mecánicos de tuberías
La nueva interfaz Pipe Mechanics proporciona funcionalidad para realizar análisis de tensiones de sistemas de tuberías. Además de las cargas mecánicas externas se puede tener en cuenta la presión interna, fuerzas de arrastre axial, y gradientes de temperatura a través de la pared de la tubería. Las cargas del fluido pueden tomarse directamente de la interfaz Pipe Flow, y las temperaturas pueden tomarse de la interfaz Heat Transfer in Pipes. Puede verse esta nueva interfaz en el modelo Coupled Analysis of Flow and Stress in a Pipe.

Resultados de un análisis de flujo, transferencia de calor y mecánica acoplados en un sistema de tuberías: presión in velocidad (izquierda), temperatura (en medio), y tensiones con deformación exagerada (derecha).

Mecánica de sólidos en dominios rotativos
Cuando se modelan problemas multifísicos en sistemas donde existe una mezcla de dominios estacionarios y rotativos, se puede utilizar la interfaz Solid Mechanics en una configuración de corotación, de forma que únicamente se modelen las deformaciones relativas a la rotación. Esto es mucho más eficiente que resolver los desplazamientos totales que incluyen grandes rotaciones globales. En muchos casos, es incluso posible utilizar una formulación lineal para el problema mecánico. Para tal fin, la funcionalidad Rotating Frame proporciona una superposición de la rotación del cuerpo rígido, y los desplazamientos relativos, para controlar la estructura espacial en el que loas otras interfaces físicas están operando.

Generador eléctrico donde el rotor se modela utilizando la interfaz Solid Mechanics. Los resultados muestran el campo magnético (izquierda) y tensiones (derecha).

Uniones no rígidas entre vigas
En la interfaz Beam se puede especificar que dos (o más) aristas que se encuentran en un punto tengan grados de libertad desconectados. Utilizando la nueva funcionalidad Beam End Release se selecciona el punto donde existe una discontinuidad y en qué dirección (desplazamiento y/o rotación) para liberar el final de la viga. Esto puede utilizarse para modelar bisabras internas u otros mecanismos en una estructura, como se demuestra en el nuevo modelo Stress Analysis of a Portal Crane.

Introducción de una bisagra (que rota en la dirección y) en un modelo de grúa de portal utilizando la nueva funcionalidad Beam End Release.

Material magnetostrictivo con histéresis
El Magnetostrictive Material no lineal se ha ampliado para incluir el modelo Jiles-Atherton de histéresis magnética. El modelo es adecuado para investigar los efectos de pérdidas histeréticos en aplicaciones como transformadores de potencia y máquinas eléctricas rotatorias. Los parámetros del modelo están relacionados con los efectos físicos microscópicos en materiales magnéticos y también pueden ser estimados basándose en datos experimentales.

Ajustes para el modelo magnetostrictivo histerético, junto con los bucles de histéresis generados con la simulación.

Análisis de vibraciones aleatorias
Cuando las cargas son de naturaleza aleatoria, como ráfagas de viento turbulentas o vibraciones inducidas por la carretera en un vehículo, no es posible describirlas de manera determinista. Utilizando la nueva funcionalidad para el análisis de respuesta aleatoria, se puede estudiar la respuesta a las cargas que están representadas por su densidad espectral de potencia (PSD). Las cargas pueden estar completamente correladas, incorreladas o tener una correlación cruzada específica definida por el usuario. Los ejemplos de resultados calculados incluyen PSD de desplazamientos o tensiones, así como el valor eficaz (RMS) o momentos superiores de las distribuciones espectrales.

Aceleración vertical RMS en una placa base sujeta a un test de vibración con una densidad espectral de aceleración dada.

Visualización de cargas
Las cargas mecánicas aplicadas ahora están disponibles como gráficos por defecto en todas las interfaces físicas de mecánica de estructuras. Los gráficos de cargas son dependientes de la solución, así que tanto las direcciones de flechas y colores son actualizados cuando un conjunto de datos se actualiza con una nueva solución. Incluso las cargas abstractas, como fuerzas y momentos aplicados a conectores rígidos y dominios rígidos se grafican en su verdadero punto de aplicación. Un nuevo tipo de flecha, utilizado para graficar momentos aplicados, ha sido introducido para esta funcionalidad. Más de 100 modelos se han actualizado con esta nueva funcionalidad.

Tres conjuntos de cargas graficadas en un modelo de un tubo.

Material definido por usuario para membranas
Se ha añadido el modelo de material External Stress-Strain Relation a la interfaz Membrane. Con este modelo de material se pueden añadir modelos de material de usuario, codificados en C o en otros lenguajes de programación.

Adición de un material externo en la interfaz Membrana (izquierda) y ejemplo de código C (derecha).

Selecciones de punto en conector rígido de cáscara
Ahora se pueden seleccionar puntos y aristas para la selección en una funcionalidad Rigid Connector en la interfaz Shell. Con esto, se puede añadir un conector rígido que solo esté conectado a un conjunto de puntos, añadiéndolo al nivel de punto. Esto facilita la creación de conexiones simplificadas atornilladas o remachadas, por ejemplo.

Tubería conectada a ocho puntos en una cáscara a través de un conector rígido.

Entrada de rigidez directa para conchas y placas
En las interfaces Shell y Plate, ahora es posible describir la rigidez elástica de una sección cruzada en términos de membrana y rigidez de curvatura, en lugar de mediante datos del material y grosor. Este nuevo modelo de material Section Stiffness facilita el modelado de estructuras complejas homogeneizadas, como hojas corrugadas. Como alternativa se puede proporcionar la entrada en una forma flexible.

En un caso general, es difícil calcular tensiones directamente en materiales homogeneizados, ya que los detalles locales son eliminados. Este tipo de modelo de material es por tanto más útil cuando únicamente la rigidez es importante. Sin embargo, se tiene la opción de entrar expresiones para cómo calcular las tensiones a partir de fuerzas de sección para casos cuando esa operación esté bien definida.

Acoplamiento multifísico para transferencia de calor en estructuras delgadas
Los efectos de expansión térmica pueden ser importantes en sólidos así como estructuras delgadas como cáscaras y membranas. Se han añadido acoplamientos multifísicos de forma que las temperaturas calculadas en un análisis de transferencia de calor de una estructura delgada pueda ser automáticamente transferida a interfaces de mecánica de estructuras correspondientes.

Para tal fin se han añadido tres nuevas interfaces multifísicas:

También se puede conectar las interfaces de mecánica de estructuras de la funcionalidad Thin Layer dentro de la interfaz Heat Transfer in Solids.

Distribución de temperatura (izquierda) y tensión (derecha) en un circuito de calefacción. La capa de conducción delgada se modela utilizando una interfaz Membrane y el sustrato se modela utilizando la interfaz Solid Mechanics. Ambas interfaces reciben la temperatura del análisis de transferencia de calor a través de acoplamientos multifísicos.

Capas elásticas delgadas con masa
La funcionalidad Thin Elastic Layer, dedicada al modelado abstracto de capas que son delgadas en comparación con el resto de la geometría, ha sido aumentada con una posibilidad de añadir una distribución de masa. Esto puede ser importante para simulaciones dinámicas estructurales de alta fidelidad.

Nueva interfaz física Ondas elásticas, Tiempo explícito
La nueva interfaz física Elastic Waves, Time Explicit está basado en el método explícito de tiempo Galerkin discontinuo y permite cálculos multinúcleo eficientes de propagación de ondas elásticas en sólidos. Se han incluído funcionalidades para proporcionar datos de materiales realistas incluyendo anisotropía y amortiguamiento. La interfaz es adecuada para modelar propagación de ultrasonidos en sólidos, como con transductores y sensores, y para aplicaciones de análisis no destructivos (NDT), y es aplicable a cualquier sistema acústicamente grande que involucre propagación transitoria sobre muchas longitudes de onda, lo que incluye propagación de ondas sísmicas en suelo y rocas.

Multifísica para interacción acústico-estructural con interfaces explícitas del tiempo
Para simulaciones grandes de interacción acústico-estructural transitoria, se dispone de un nuevo acoplamiento multifísico Acoustic-Structure Interaction, Time Explicit. Este acoplamiento conecta las interfaces Pressure Acoustics, Time Explicit y la nueva Elastic Waves, Time Explicit. Para aprovechar las ventajas de la formulación explícita del tiempo, es esencial el uso de mallas no conformadas cuando se acoplan dominios con diferentes propiedades. Esto se consigue a través del nuevo acoplamiento multifísico Pair Acoustic-Structure Boundary, Time Explicit que gestiona montajes geométricos. El uso de mallas no conformadas es una extensión natural y el uso de las propiedades de los elementos discontinuos. Puede verse el uso de esta funcionalidad en el modelo Immersion Ultrasonic Testing Setup.