Soporte al Usuario de COSMOS/™ -- Nota Técnica Nº G1
Reglas Básicas de Mallado por Elementos Finitos
Productos: COSMOS/M, COSMOS/Works y
COSMOS/DesignSTAR
Versión: Todas las Versiones
Categoría: Preprocesado
Ultima revisión: Agosto-2001
En general los ficheros IGES pueden importarse perfectamente en COSMOS/M. Pero hay que tomar ciertas precauciones durante la creación y exportación del modelo en el paquete CAD para que la importación y posterior mallado en COSMOS/M sea un éxito.
Normas Generales
Se recomienda seguir las siguientes recomendaciones:
- En problemas que presenten cargas concentradas y/o
discontinuidades geométricas, aplicar el principio de St. Venant para hallar las regiones
que requieren una malla refinada. Básicamente, el principio dice que las cargas
concentradas o discontinuidades geométricas causan sólo tensiones y deformaciones en las
zonas próximas a la carga o discontinuidad.
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Un buen ejemplo utilizado por Timoshenko es considerar una abrazadera aplicada a una manguera de goma. La manguera se deforma sólo en la zona cercana a la abrazadera. |
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La distancia entre el punto de
aplicación de la carga y la zona donde los efectos de la carga se han disipado se llama
"longitud de atenuación". El código ASME especifica una longitud de
atenuación de 2.5<rt para cilindros. Otras fuentes dan longitudes desde 2
a 4<rt. |
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Las longitudes de atenuación
para vigas en fundaciones elásticas pueden usarse en
estructuras "semi-infinitas" tales como sistemas de piping y recipientes a
presión. |
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La longitud de atenuación
ofrece una idea del mínimo tamaño del modelo. En muchos casos, otras consideraciones
tales como simetrías y puntos de apoyo requieren un modelo más grande. |
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El principio de St. Venant es
también útil para determinar el nº de elementos requerido en diferentes áreas del
modelo. Basándonos en este principio, sólo áreas dentro de la longitud de atenuación
de la carga aplicada o discontinuidad requieren una malla refinada. Areas fuera de la
longitud de atenuación pueden discretizarse con una malla grosera. |
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Como regla general, al menos 5 elementos son necesarios a lo largo de la distancia de atenuación. Por ejemplo, si la distancia de atenuación es 1.0 cm, requiere por lo menos 5 elementos de 0.2 cm cada uno. |
- Por lo general, un análisis de tensiones requiere una malla más densa que un análisis de desplazamientos. Los análisis térmicos requieren mallas aún más densas. Si fuera necesario, realizar estudios de convergencia.
- Colocar nodos en apoyos, puntos de aplicación de cargas y
en general donde sea necesario obtener información de desplazamientos, tensiones o
temperaturas.
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Por ejemplo, en un análisis
modal hay que mallar con los nodos necesarios para representar con precisión los modos de
vibración deseados, mallando con dos elementos por onda respecto al último modo de mayor
interés. |
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Es importante recordar que los nodos son la única fuente de información (la información que dan los elementos se deriva de los nodos). Esta guía puede suponer algún trabajo de prueba y error, ya que la forma del modo más alto puede no ser evidente. |
- Siempre que sea posible, usar mallado uniforme
(igual separación entre nodos). En regiones de transición de alta a baja densidad de
malla, no cambiar las dimensiones de los elementos adyacentes por un factor mayor de 2. Si
fuera necesario, hacer la transición sobre una serie de elementos para mantener este
factor.
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En áreas normales, tratar de
mantener una malla uniforme. El mallado uniforme es fácil de crear en el ordenador y
además los resultados y comportamiento de un mallado uniforme son más fáciles de
interpretar. |
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El mallado no uniforme sólo está justificado en zonas de transición o en regiones de geometría rara. |
- Mallar siempre que sea posible con
cuadriláteros PLANE2D y SHELL4 en vez de elementos
triangulares TRIANG y SHELL3. Usar elementos triangulares sólo para transiciones de malla
o por exigencias geométricas.
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Los elementos cuadriláteros son
generalmente más exactos que los triángulos. Esto es particularmente cierto para
elementos sólidos. |
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La excepción de esta regla se
encuentra en el uso de elementos placa en problemas de flexión pura y en problemas no
lineales donde los elementos triangulares se ha demostrado que dan resultados veraces. |
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Por supuesto que hay situaciones que requieren elementos triangulares como transiciones de malla o limitaciones geométricas. Pero en muchos casos, es preferible usar elementos cuadriláteros. |
- Para elementos triangulares y cuadriláteros, la relación largo/ancho o "Aspect Ratio" debe ser lo más cercana a 1.0. Se permiten Ratios de hasta 5, pero siempre que sea posible se mantendrá por debajo de 3.
- Los elementos triangulares y cuadriláteros no deben
presentar ángulos extremadamente agudos u obtusos. No se permiten desviaciones superiores
a 30º del ángulo óptimo equilátero en elementos triangulares y del ángulo recto en
cuadriláteros.
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Las tensiones en elementos se
derivan de funciones de interpolación basadas en formas razonables del elemento. |
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Elementos de longitud cero, excesivamente curvados u oblicuos producirán resultados impredecibles o causarán problemas durante la ejecución del programa. |
- Las superficies curvadas pueden mallarse con elementos planos SHELL4, pero el ángulo barrido no debe ser mayor de 15º y los nodos del elemento deben estar en el mismo plano.
- Los elementos no deben abarcar zonas de cambios de espesor o con discontinuidades geométricas, lo que causaría errores numéricos y resultados inexactos. En estos casos es recomendable añadir nodos adicionales y usar elementos de menor tamaño.
- No olvidar definir las propiedades geométricas de los elementos (el área para TRUSS, área y momentos de inercia para BEAM, espesores para PLANE2D y SHELL, etc..).
- El módulo de Poisson debe ser inferior a 0.5. Los materiales próximos a este valor requieren elementos especiales.
