Análisis MEF Integrado con sistemas
CAD
COSMOS/DesignSTAR 2.0 incorpora numerosas mejoras e innovaciones relacionadas con el análisis y diseño de piezas y ensamblajes para trabajar conjuntamente con cualquier paquete CAD de Modelado Sólido. Esta página resalta las funcionalidades más importantes de la nueva versión de COSMOS/DesignSTAR 2.0:
- Nuevas capacidades de mallado con transición automática de malla, controles de mallado definidos por el usuario e información detallada sobre la malla
- Nuevos fast-solvers Directos e Iterativos
- Guía para elegir el solver más adecuado en COSMOS/DesignSTAR 2.0
- Lee geometría directamente de:
SolidWorks 99 Pro/ENGINEER CATIA IGES (piezas y ensamblajes) Parasolid 11.0 ACIS 5.0 - Asociatividad con SolidEdge (entornos Pieza, Ensamblajes y Chapa)
- Efecto de fricción/contacto en "Assemblies"
- Mejora de acceso a menús con el botón derecho del ratón
- Nuevas herramientas de selección
- Mejoras de Visualización
Visualización del modelo en ventanas de forma arbitraria Resaltado de componentes seleccionados en el árbol de operaciones Opción de "ajustar vista" de sólo componentes visibles en el ensamblaje (no considera los componentes ocultos) - Opciones de Exportación adicionales:
PATRAN I-DEAS - COSMOS/Flow: Análisis de Fluidos (CFD)
Modelo de Elementos Finitos analizado
en COSMOS/DesignSTAR 2.0
El mallado es una fase crucial en el Análisis por Elementos Finitos. La calidad de la malla es fundamental para determinar la bondad de los resultados. En las versiones previas de COSMOS/DesignSTAR, sólo se podía especificar un tamaño de elemento único para mallar la pieza o conjunto. En muchos casos, se hacía necesario utilizar un tamaño de elemento muy pequeño en todo el modelo tan sólo porque se necesitaba mallar de forma precisa un pequeño detalle del modelo. Con la capacidad de transición automática de malla implementada en la nueva versión COSMOS/DesignSTAR 2.0, se puede utilizar elementos muy pequeños en zonas importantes o de pequeño espesor, a la vez que usar elementos de mayor tamaño en zonas menos críticas.
En esta versión de COSMOS/DesignSTAR 2.0, el proceso de mallado se ha mejorado al añadir notables mejoras, lo que permite obtener mejores resultados de análisis. El nuevo término AccuStress® es el usado para describir la nuevas capacidades de mallado y análisis, y se puede usar con todas las opciones de análisis (estático, frecuencias, pandeo y transmisión de calor).
Además de mejorar la velocidad de mallado, las nuevas capacidades de mallado incluyen:
q Nuevo "World-Class Volume Mesher"
COSMOSDesignSTAR 2.0 incorpora un nuevo mallador denominado "Standard" basado en el esquema de mallado de Delaunay-Voronoi mucho más robusto y rápido que el anterior. El viejo mallador permanece en el programa con la denominación de "Alternate".
Detalle de las Opciones de Mallado
q Controles de Mallado definidos por el Usuario:
Esta opción permite controlar la densidad de malla en vértices, curvas, caras y componentes. Los parámetros de control son:
• Tamaño del elemento (e)
• Factor de crecimiento del elemento (r), y.
• Número de capas de elementos (n)
Por ejemplo, asumiendo una densidad de malla global E, el tamaño medio de los elementos de las capas será e, e*r, e*r2, e*r3, etc.. Si el tamaño medio del elemento en una capa es mayor que E, el programa usa E por defecto. Si el nº de capas (n) especificado es muy pequeño para lograr una transición suave de la malla, el programa añadirá más capas automáticamente.
A continuación mostramos algunos ejemplos de controles de mallado:
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 Control de Malla definido por el Usuario aplicado a Componentes |
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q Transición Automática de Malla (AccuStress™)
La función de Transición Automática de Malla es nueva entre las opciones de mallado de COSMOS/DesignSTAR 2.0. Al activar esta opción, el programa aplica controles de mallado sobre "features", pequeños detalles, agujeros y fileteados que permiten:
• Reducir automáticamente el tamaño de elementos en áreas de pequeño tamaño detectadas por el programa
• Generar elementos de pequeño tamaño en geometría curvada para capturar mejor su forma.
• Suavizar la transición de malla entre elementos de tamaño grande y pequeño
A continuación mostramos un ejemplo de Transición Automática de Malla:
Modelo mallado sin aplicar Transición de Malla
Modelo con Transición de Malla Automática
q Chequeos de Calidad de la Malla:
COSMOS/DesignSTAR 2.0 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/DesignSTAR 2.0 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/DesignSTAR 2.0 re-ajusta automáticamente la situación de los nodos intermedios para asegurarse de cumplir los requisitos de calidad del Jacobiano.
Nuevos Fast-Solvers Directos e Iterativos
q Nuevo fast_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 fast_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/DesignSTAR 2.0 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 Iterativo 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.
Guía para Elegir el Solver más adecuado
en COSMOS/DesignSTAR 2.0
q Análisis Estático Lineal
• Usar el nuevo solver Iterativo PCG con grandes problemas (+200.000 GDL)
• Usar el solver "Old 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 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 ("Old FFE" 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 ("Old FFE", SPARSE o PCG) 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.
Efecto de Rozamiento en Problemas de Contacto/GAP
Las versiones anteriores de COSMOS/DesignSTAR soportaban sólo el análisis de conjuntos con superficies de contacto lisas, no se podían resolver ensamblajes con superficies de contacto rugosas (el coeficiente de rozamiento se consideraba despreciable).
La nueva versión de COSMOS/DesignSTAR 2.0 considera el efecto de rozamiento estático, el único valor que es necesario introducir es el Coeficiente de Rozamiento entre las superficies en contacto. Todas las superficies de contacto se asume que tienen el mismo coeficiente de rozamiento. El programa calcula la fuerza de rozamiento (F) en cada punto de contacto (nodo) multiplicando la fuerza normal (N) por el coeficiente de rozamiento (m)
La dirección de la fuerza de rozamiento en el punto de contacto está opuesta a la dirección del movimiento en ese punto. Los problemas de contacto requieren mayor tiempo de análisis que los problemas estáticos normales porque se requiere realizar iteraciones para satisfacer las ecuaciones de equilibrio. El nuevo solver directo tipo SPARSE ofrece excelentes prestaciones en la resolución de este tipo de problemas.
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
Nuevas Herramientas de Selección y
Funcionalidades
La selección de un gran número de entidades puede ser lento y tedioso. COSMOS/DesignSTAR 2.0 ofrece diferentes métodos para seleccionar las entidades rápida y eficientemente:
- Modo Normal
- Mediante ventana Rectangular
- Mediante ventana Circular
- Modo Tangente
- Resalte Dinámico de entidades
COSMOS/Flow: Análisis de Fluidos (CFD)
COSMOS/Flow es un paquete de Análisis de Fluidos diseñado para trabajar con COSMOS/DesignSTAR 2.0 (el programa también funciona con COSMOS/Works y COSMOS/Edge)
Tras importar la geometría del modelo en COSMOS/DesignSTAR, el usuario puede crear un estudio y definir materiales, cargas, condiciones de contorno y mallar el modelo. A continuación se puede ejecutar COSMOS/Flow eligiendo "Define > Run COMOS/Flow". Esto abre el programa "CFDisplay Interface" donde se puede ejecutar el análisis de fluidos y visualizar resultados.
