Soporte al Usuario de COSMOS/™ -- Nota Técnica Nº S19
"SINGULAR_MATRIX", "PRECONDITIONER_FAILS", etc..
Productos: COSMOS/Works 2004, COSMOS/DesignSTAR
4.0 (2003/220) y COSMOS/M 2.85
Categoría: Análisis
Ultima revisión: Octubre-2003
Si al ejecutar un Análisis de Elementos Finitos el modelo no está correctamente apoyado, es decir, las restricciones o condiciones de contorno impuestas no son suficientes para eliminar movimientos de cuerpo rígido, entonces aparecerá alguno de los siguientes mensajes de error en función del tipo de solver utilizado (DIRECT SPARSE, FFE o FFEPlus):
Mensaje de error del "Direct
Sparse Solver"
Mensaje de error del
"COSMOS/FFE Solver"
Mensaje de error del "PCG
Iterative Solver"
(también conocido como "FFEPlus")
Esto ocurre cuando el modelo no está correctamente restringido. Esto puede suceder si:
- En un ensamblaje, la condición global de contacto está definida como "Free".
- En un ensamblaje, una o más piezas no se tocan entre sí, y no tienen aplicada ninguna restricción de movimiento.
- En una pieza, los modos de cuerpo rígido no se han eliminado mediante restricciones apropiadas, o no se ha utilizado la opción "use soft springs to stabilize model".
El modelo debe estar correctamente restringido para que el cálculo se ejecute con éxito. Si tras revisar el modelo continúa apareciendo alguno de los mensajes de error anteriores, significa que existen movimientos de cuerpo rígido en el modelo sin restringir.
En general, se recomienda revisar el modelo y aplicar las condiciones de contorno naturales de forma correcta antes de recurrir a la utilización de alguno de los recursos que ofrece el programa para asegurar la solución del modelo, tales como "Use soft spring .." o "Use Inertia Relief". Usando uno de estos recursos se tiene la seguridad de resolver el problema, sí, pero estos recursos se deben utilizar con precaución ya que se está alterando de forma artificial la matriz de rigidez del sistema para garantizar la solución del problema y seguramente los resultados obtenidos no tengan mucho sentido si el modelo no está correctamente restringido (se recomienda consultar con el Servico de Soporte Técnico si existen dudas al respecto):
Parámetros del Análisis Estático
Lineal
¿Qué
es un Modo de Cuerpo Rígido?
Un modo de cuerpo rígido es un movimiento
del cuerpo que no genera ninguna energía de deformación. Existen seis movimientos de
sólido rígido: tres de translatación y tres de rotación.
¿Porqué
se deben eliminar los Modos de Cuerpo Rígido al ejecutar un análisis estático en
COSMOS/™?
Cuando un modo de cuerpo rígido está
presente, existe un número infinito de soluciones al problema pero sólo se desea una
solución única. Si existe un modo de cuerpo rígido sin restringir, el programa
mostrará alguno de los mensajes de error explicados anteriormente: "Not enough
boundary conditions", "Singular matrix", etc..
Ejemplo de Aplicación
Para detectar fácilmente la existencia de modos de cuerpo rígido en un modelo, el "truco" consiste en realizar un análisis dinámico de frecuencias. Considérese el siguiente problema: un conjunto biela-manivela tiene una carga aplicada de 10 N en la dirección del eje-Y. El modelo se malla utilizando elementos sólidos y se aplican condiciones de contorno en los extremas de las manivelas de tal forma que se impide el movimiento en las direcciones X e Y.
Conjunto Biela-Manivela con Cargas y
Condiciones de Contorno
Análisis
Estático Lineal
El modelo se ha mallado con un tamaño de
elemento de 8 mm usando elementos TETRA10 de alto orden. Si se ejecuta el análisis
estático utilizando el DIRECT SPARSE solver, el FFE o el FFEPlus solver aparecerá alguno
de los mensajes de error mostrados anteriormente.
Análisis
de Frecuencias
Ahora vamos a realizar un análisis
dinámico de frecuencias para detectar la presencia de modos de cuerpo rígido que causan
error en el análisis estático lineal:
- En COSMOS/DesignSTAR crear un nuevo estudio de análisis de frecuencias.
- Arrastrar y soltar del estudio estático anterior las propiedades de materiales, condiciones de contorno y malla.
- Editar las propiedades del nuevo estudio y establecer el nº de frecuencias a calcular como 10.
Opciones del Análisis Dinámico de
Frecuencias
- Ejecutar el análisis de frecuencias utilizando el solver FFEPlus.
- Listar los Modos de Vibración:
Listado de Resultados de Frecuencias
Si un modelo está totalmente sin restringir, los seis primeros valores de frecuencias representarán los seis modos de cuerpo rígido del modelo (los valores de la frecuencia son cero). En este ejemplo se aprecia que el primer modo de vibración tiene una frecuencia de 0 Hz, y si se anima la deformación de dicho modo se puede ver que corresponde a un movimiento de sólido rígido en la dirección del eje-Z, lo cual significa que el modelo tiene un movimiento de cuerpo rígido sin restringir. Este movimiento de sólido rígido (desplazamineto en la dirección del eje-Z) debe ser restringido aplicando los condiciones de contorno adecuadas para poder resolver el análisis estático lineal.
Movimiento de Sólido Rígido en el
eje-Z
