COSMOS/M
2.5
Análisis por Elementos Finitos
Lista de Mejoras y Nuevas
Capacidades
La nueva versión COSMOS/M 2.5 incorpora cientos de mejoras y modificaciones muchas de las cuales son respuesta directa a las demandas y exigencias de nuestros clientes y usuarios. La trascendencia tecnológica de las nuevas capacidades que incopora la nueva versión 2.5, convierten a COSMOS/M en el programa de Análisis por Elementos Finitos más profesional disponible actualmente para WinNT/95/98.
A continuación resaltaremos las novedades más importantes que se pueden encontrar en los siguientes módulos:
GEOSTAR: Pre & Postprocesador de COSMOS/M STAR/DSTAR: Módulos de Análisis Estático Lineal, Frecuencias y Pandeo HSTAR: Módulo de Transmisión de Calor Guía para elegir el Solver más adecuado NSTAR: Módulo No Lineal Estático y Dinámico FlowPlus 4.0: Módulo de Análisis de Fluidos (CFD)
GEOSTAR: Pre & Postprocesador
q Nuevos Controles de Calidad de la Malla:
COSMOS/M utiliza dos técnicas importantes para controlar la distorsión de los elementos y asegurar una buena calidad de la malla (y por consiguiente una buena precisión de los resultados):
• Relación de Aspecto
• Jacobiano
La Relación de Aspecto en un TETRAEDRO se define como la relación entre el lado mayor y el menor de proyectar un vértice normal a la cara opuesta. Por definición, la relación de aspecto de un tetraedro perfecto es 1.0.
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El Jacobiano es una forma de medir la distorsión volumétrica de un elemento. El Jacobiano de un elemento extremadamente distorsionado puede llegar a ser negativo, y abortar el proceso de análisis. El Jacobiano de un Tetraedro de alto orden, con sus nodos intermedios situados exactamente en la mitad de sus lados rectos, es 1.0, aumentando según se incrementa la curvatura de los lados.
El Jacobiano medido en un punto interior del elemento ofrece una medida del grado de distorsión del elemento en ese punto. Así, para controlar la calidad de los elementos parabólicos, COSMOS/M ofrece la opción de calcular el Jacobiano en 4, 16 ó 29 puntos de Gauss. En base a estudios estocásticos, en general se demuestra que un valor de Jacobiano de 40 o menor es aceptable. En elementos distorsionados COSMOS/M re-ajusta automáticamente la situación de los nodos intermedios para asegurarse de cumplir los requisitos de calidad del Jacobiano.
STAR & DSTAR: Análisis Estático, Frecuencias y Pandeo
Lineal
q Nuevo solver Directo tipo SPARSE
El nuevo solver directo tipo "SPARSE" reemplaza al viejo solver directo tipo "Skyline" en todos los tipos de análisis: Estático Lineal, Dinámico de Frecuencias, Pandeo Lineal, Térmico y No Lineal.El nuevo solver SPARSE explota nuevas tecnologías avanzadas de matriz dispersa y nuevas técnicas de re-ordenación que permiten ahorrar tiempo y recursos de computación. Como media, el nuevo solver es 15 veces más rápido que el viejo y usa 1/3 de memoria. Los ahorros pueden ser incluso superiores en modelos muy grandes y en modelos con elementos SHELL. El nuevo solver SPARSE está especialmente indicado para resolver matrices mal acondicionadas en donde los métodos iterativos emplean elevado tiempo de convergencia.
Las matrices mal acondicionadas son consecuencia de la presencia de diferentes componentes ("Assemblies") con propiedades de materiales muy diferentes. También son el resultado del uso de elementos de contacto (GAPs), especialmente cuando se considera el rozamiento entre componentes. La eficacia y prestaciones de los métodos iterativos se reducen considerablemente con matrices mal acondicionadas. Este caso se recomienda utilizar el solver directo tipo SPARSE. El nuevo solver directo tipo SPARSE puede usarse con prácticamente todas las capacidades de análisis de STAR & DSTAR, excepto "sub-structuring" y "sub-modeling".
q Nuevo solver Iterativo tipo PCG
Un nuevo solver Iterativo tipo PCG ("Preconditioned Conjugate Gradient") se ha añadido a la lista de calculadores que el usuario de COSMOS/M 2.5 puede elegir para resolver un problema estructural lineal: el nuevo solver iterativo PCG mejora significantemente la velocidad de análisis, especialmente en problemas gran tamaño (+200.000 GDL en adelante).La mayor ventaja del nuevo solver Iteratico PCG es que trabaja con todos los elementos y opciones. Por ejemplo, el solver FFE no soporta elementos "composite" SHELL3L, SHELL4L, SOLIDL y algunos más tipos de elementos y opciones. El nuevo solver Iterativo PCG soporta todos los tipos y opciones de elementos, así como la mayoría de las opciones de análisis, excepto "in-plane loading effect", "sub-structuring" y "sub-modeling".
q Nuevo Algoritmo de Contacto
El nuevo algoritmo de contacto ofrece las siguientes prestaciones:
Permite incluir componentes no soportados adecuadamente.
El programa se encarga de estabilizar el modelo, siempre que el conjunto esté soportado adecuadamente y que cada componente esté bien soportado al incluir las fuerzas de contacto.Se puede considerar el contacto con rozamiento No hay limitación en el número de elementos GAP/contacto Ejecución mucho más eficiente de los problemas de contacto con el nuevo algoritmo
q Cálculo Automático del plano-medio en elementos SHELL "Composite"
El programa automáticamente calcula la superficie-media en modelos con elementos SHELL "composite" si se usa el valor por defecto (1E6) para la distancia entre el plano de referencia y la superficie superior (r1)q Estimación de Error con Solvers Directos (Skyline o SPARSE)
HSTAR:
Módulo de Transmisión de Calor
q Nuevo "Direct SPARSE Matrix Solver"
Se añade un nuevo solver directo tipo "SPARSE" que mejora la velocidad de análisis más de un orden de magnitud sin introducir ningún tipo de aproximación en la obtención de resultados. Reduce también los requisitos de espacio en disco de forma significante. Este nuevo solver puede usarse con todas las opciones de análisis del módulo HSTAR.q Nuevo elemento Hidráulico de Convección Forzada 3D (FLUIDT)
El nuevo elemento considera el paso de fluido a través de sólidos térmicos con la abilidad de conducir calor a través del fluido. El elemento considera las interacciones térmicas entre el fluido y el sólido, incluyendo los efectos de convección y transporte de masa del fluido.q Mejoras en el cálculo del Factor de Vista en Radiación
Guía para Elegir el Solver más adecuado en COSMOS/M 2.5
q Análisis Estático Lineal
• Usar el nuevo solver Iterativo PCG con grandes problemas (+200.000 GDL)
• Usar el solver FFE o Directo SPARSE en problemas de pequeño o mediano tamaño (hasta 200.000 GDL)
• Si el modelo tiene elementos u opciones no soportadas por FFE, usar PCG o SPARSE
• Usar el solver SKYLINE con "submodeling" o "substructuring"
• Usar SPARSE en problemas de contacto, especialmente si se considera rozamiento. En problemas grandes usar PCG.
• Usar SPARSE en problemas con varios materiales cuyas propiedades sean muy dispares.
q Frecuencias Naturales
• Usar cualquiera de los 3 solvers (SKYLINE, SPARSE o FFE) en problemas pequeños.
• Usar FFE o SPARSE en problemas de tamaño medio (entre 100.000 y 200.000 GDL)
• Usar FFE para resolver grandes problemas (+200.000 GDL)
• Usar FFE si el modelo no está adecuadamente restringido (el modelo presenta modos de cuerpo rígido)
• Usar SPARSE si se quiere considerar las cargas en el cálculo de frecuencias
• Usar SPARSE en problemas con varios materiales cuyas propiedades sean muy dispares.
q Pandeo
• Usar cualquiera de los 2 solvers (SKYLINE o SPARSE) en problemas pequeños.
• Usar SPARSE para resolver grandes problemas
• FFE no está disponible en problemas de Pandeo
q Transmisión de Calor
• Usar cualquiera de los 3 solvers (SKYLINE, SPARSE o FFE) en problemas pequeños.
• Usar FFE o SPARSE en problemas de tamaño medio (hasta 200.000 GDL)
• Usar FFE para resolver grandes problemas (+200.000 GDL)
• Usar SPARSE en problemas con varios materiales cuyas propiedades sean muy dispares.
NSTAR:
Análisis Estático y Dinámico No Lineal
q Eliminada la Limitación de Tamaño en Problemas No Lineales
El nuevo módulo No Lineal permite resolver problemas de cualquier tamaño, no hay limitación. También se ha eliminado la limitación de máximo número de elementos GAP nodo-a-nodo, línea-a-línea y superficie-a-superficie. Esto permite resolver grandes problemas con elementos GAP/Contacto, imposibles de analizar previamente. La incorporación del nuevo Fast SPARSE Matrix solver es particularmente significativo en este aspecto.q Nuevo "Direct FAST SPARSE Matrix Solver"
El nuevo solver directo tipo "SPARSE" es la opción de análisis por defecto para resolver problemas no lineales (el viejo solver directo tipo "Skyline" se mantine como opción).q Nuevo Método para definir Curvas de Temperatura vs. Tiempo
Si se asocian temperaturas nodales a una curva de tiempo cuya función=0 para T=0, la curva se asume que prescribe temperaturas relativas (relativas a la referencia) en vez de prescribir temperaturas totales. Este supuesto es útil en el caso de que cada nodo requiere una curva diferente relacionando temperaturas totales.q Cargas Térmicas en Métodos de Control por Desplazamiento & Arc-Length
Esta opción permite considerar temperaturas nodales como un patrón de cargas de referencia (habitualmente se toman valores unitarios). El factor de carga obtenido multiplicado por la temperatura aplicada constituye la temperatura total para conseguir el estado de deformación resultante.q Combinación de Métodos de Control por Fuerza, Desplazamiento & Arc-Length
La nueva versión permite combinar en un mismo modelo los tres métodos de control disponibles en análisis no lineal: control por fuerza, desplazamiento y Arc-Length. El análisis combinado de cargas paramétricas y no-paramétricas se realiza de dos formas:
• Usando Control por Desplazamiento, e incluyendo los dos tipos de carga en el análisis, simultáneamente.
• Empezando por Control por Fuerza para obterner la deformación bajo cargas no-paramétricas
(Curva#1 debe tener valores 0 durante esta fase), seguidamente re-iniciar el análisis con Control por
Desplazamiento o Arc-Length y obtener el Factor de Carga debido a las cargas paramétricas
mientras el resto de cargas se mantienen constantes.
q Nuevo Modelo de Material Viscoelástico Lineal para elementos Muelle (SPRING)
FlowPlus
4.0: Análisis de Fluidos (CFD)
q Ventiladores/Bombas Internas
En versiones anteriores de FlowPlus no era posible definir la turbulencia provocada por un ventilador o bomba embebida en el interior del dominio. Por ejemplo, si se deseaba modelizar la CPU de un ordenador que contenía una fuente de alimentación que llevara su propio ventilador, no había forma de incluir el ventilador en el modelo. FlowPlus 4.0 permite ahora incluir el ventilador dentro del dominio.
q Curvas de Ventiladores/Bombas
Esta característica le permite al usuario introducir la curva de características del Ventilador o Bomba (curva de Presión-Caudal) como una condición de contorno, y permitir que FlowPlus determine el punto de trabajo del sistema en esa curva.q Mejoras en el Balance de Energía
En ciertos análisis de Transmisión de Calor, las versiones anteriores FlowPlus tenía problemas para obtener un balance de energía exacto sin tener que refinar la malla excesivamente. En FlowPlus 4.0 se ha introducido una nueva formulación para las ecuaciones de energía que soluciona el problema.q Interpolación de los Resultados de FlowPlus a otras Mallas
Esta capacidad le permite al usuario utilizar los resultados de FlowPlus en una malla diferente (en general más fina) y continuar el análisis. El beneficio inmediato es que no es necesario iniciar desde el principio el análisis en la malla más fina.q Utilización de los Resultados de FlowPlus como CdC para Análisis Posteriores
Muchas veces la capacidad de FlowPlus de utilizar los resultados del análisis de Fluidos como Condiciones de Contorno para análisis subsiguientes es muy útil. Un ejemplo es la utilización de los coeficientes de película calculados a partir de un análisis acoplado Fluido/Transmisión de Calor como condiciones de contorno para un problema de transmisión de Calor y subsiguiente análisis de tensiones. Otro ejemplo es la utilización de las presiones hidro-dinámicas como cargas estructurales. Debido a que FlowPlus está basado en la Teoría de Elementos Finitos, esta capacidad de compartir resultados es inmediata.q Condiciones de Contorno de Presión Total
Hay situaciones donde sólo se conoce la presión total (y no la velocidad o presión estática). Un ejemplo es un tanque vertiendo al entorno. También, en casos donde existe un entorno desconocido expuesto a la atmósfera, la presión total probablemente sea constante, pero la presión estática no. Estos casos ocurren frecuentemente en problemas de convección natural libre. En estos casos, es mejor especificar la presión total como atmosférica y dejar que la presión estática sea determinada por el flujo del fluido a través del contorno.q Condiciones de Contorno de GEOSTAR in Coordenadas Locales
FlowPlus 4.0 ahora lee la información sobre sistemas de coordenadas locales de GEOSTAR y transforma automáticamente las condiciones de contorno de este sistema de coordenadas locales al sistema de análisis de FlowPlus.q Preparado para Paralelización y Multiprocesado
FlowPlus 4.0 viene preparado para aprovechar ordenadores con múltiples procesadores, el programa está escrito en modo multi-hebra. La detección de los múltiples procesadores es totalmente automática, y no existe ningún parámetro que el usuario deba activar para controlar el multiproceso.q Líquidos Compresibles (sólo FlowPlus/Advanced)
Esta capacidad es útil para simular el llamado "golpe de agua". En esta situación, una válvula de la red de tuberías se cierra súbitamente, y la perturbación de presión (shock) se propaga a través de la red. Este tipo de análisis se debe resolver en régimen transitorio para capturar la propagación de la onda de presión.q Re-inicialización Global de Variables
Muy útil en problemas de Transmisión de Calor. Esta opción permite re-inicializar cualquier variable de campo (velocidad X-Y-Z, temperatura o escalar) en el modelo completo.Esta capacidad es muy útil si tras ejecutar un análisis de fluidos y de transmisión de calor, el usuario decide mantener la solución de fluidos, pero descargar el campo de temperaturas. Simplemente con re-inicializar la temperatura, el usuario se evita tener que ejecutar de nuevo el análisis de fluidos desde el principio.q Verificar Válvulas
La capacidad de "Verificar Válvulas" es muy útil para modelar la presencia de una válvula de control en el sistema. Sólo se necesitan dos parámetros: factor K de apertura total, y el caudal de cierre total. El factor K es el coeficiente de pérdida de la válvula cuando está en posición totalmente abierta, permitiendo que pase el fluido. El caudal de cierre es el valor para el que la válvula se cierra totalmente. Por encima de este flujo la válvula está abierta.q Intensidad de Turbulencia en CFDisplay
La Intensidad de Turbulencia es una buena medida de los niveles de turbulencia. También se usa para determinar el ruido inducido por la turbulencia. La Intensidad de Turbulencia se puede postprocesar en CFDisplay, el postprocesador específico de BlueRidge Numerics Inc..q Propiedades en Sistemas de Unidades "in-Watt-ºC"
FlowPlus 4.0 permite introducir propiedades de fluidos en unidades pulgadas-Watios-ºC.q Información sobre la Progresión del Análisis
Durante la fase de cálculo una ventana de información le permite al usuario conocer en todo momento qué tarea está realizando el programa, y cómo progresa el análisis.q Cero Iteraciones de Análisis
Característica que permite automatizar el proceso de "ejecutar cero iteraciones". Resolver Cero Iteraciones de Análisis es útil tanto antes como después de ejecutar el análisis real por las siguientes razones:• Para asegurarse que el modelo es correcto antes de ejecutar el análisis
• Para obtener el valor de un parámetro que no fué seleccionado previamente tras la finalización del análisisq Función "Save All as ..."
Es una utilidad que copia exclusivamente todos los ficheros "necesarios" para ejecutar el análisis (el fichero de control .CTL, el fichero .GFM de GEOSTAR, el fichero de Condiciones de Contorno, y los Resultados del análisis, etc..) a un nombre de problema dado por el usuario. Es un método rápido para resolver el mismo modelo con algún parámetro modificado sin tener que ir al Sistema Operativo para copiar los ficheros. Nótese que no se copia la base de datos de COSMOS/M - sólo el fichero .GFMq "Browser" para Revisar Resultados
Se ha añadido un botón tipo Explorador para revisar resultados en nodos y en las paredes del modelo. Este botón se puede usar para localizar el fichero con la Lista de Nodos de GEOSTAR que contiene los nodos en los que el usuario desea que FlowPlus prepare un informe con resultados nodales o de pared. Esto elimina la necesidad de entrar a mano el nombre de ficheroq Nueva Opción de Reinicio en la ventana de Análisis
En FlowPlus 4.0 se han unificado las opciones de reinicio por separado de Malla y Condiciones de Contorno a una única opción llamada "Model".q Nuevo Formato de Tablas
Se ha facilitado la forma de introducir en tablas los valores de propiedades y condiciones de contorno, ahora es más sencillo y rápido.q Nuevas Capacidades de Postprocesado de CFDisplay 4.0
La nueva versión incluye nuevas capacidades de postprocesado para CFDisplay:
• Visualización en modo alámbrico
• Salvar la imagen al Portapapeles
• Imprimir
• Ajustar la densidad de vectores en el plano de corte
• Ajustar el color de vectores en el plano de corte
• Visualización con Líneas Ocultas
• Posibilidad de mover rápidamente el modelo con el ratón
• Asociar atributos de Visualización a cada componente
• Mejora de los diálogos de información
