[Cfytrr]

Siemens PLM Femap with NX Nastran "Real FEA made easy"




Тема посвящается вопросам, возникающим при работе в среде программного комплекса Femap

Примеры выполнения некоторых расчетов можно посмотреть:
на домашней страничке

на сайте www.iberisa.com http://iberisa.wordpress.com,
Форум (англ.)
Линейный анализ; Нелинейный анализ
Форум на домашней страничке

[Voyager2007]

Спасибо за ссылку.
Эти примеры в большинстве своем написаны небезызвестным товарищем в Yahoo Femap Users Group по имени Blas Molero.
Так что я думаю, этой информации можно доверять

[selega]

Сообщение от 100k да да, я совершенно согласен с вами. просто видел рекламку от Femap, где мелькала подобная картинка. смоделировать я хочу массив грунта.

Тогда нужно пробовать. Но предварительно лучше на каких-нибудь известных примерах обкатать модель.
Дорогу осилит идущий

[Voyager2007]

Вот что испанский товарищ Blas Molero думает по поводу моделирования контакта в Femap.

Dear Arcady,

1) Nothing to see SOL101 surface-to-surface "linear" contact for linear
static solution with Advanced NonLinear SOL601/SOL701 solutions statics &
dynamic analysis surface-to-surface contact. The first one SOL101 is NX
Nastran solver, where the second one is ADINA, yes, ADINA, the famous
nonlinear code from Prof. Klaus-Jьrgen Bathe of Massachusetts Institute of
Technology (MIT) founder of ADINA R&D Inc. In my opinion, three nonlinear
codes exist in the world: ABAQUS, ADINA & msc.Marc, the ADINA is the code we
have embedded in SOL601 (nonlinear static & dynamic implicit solver) &
SOL701 (dynamic explicit nonlinear solver) that forms the module FEMAP
Advanced NonLinear solver. Then, as you see nothing to compare between a
linear static solution surface-to-surface contact and high nonlinear
capabilities (nonlinear contact between others) of SOL601/701 Advanced
Nonlinear module (see
http://www.plm.automation.siemens.co...femap/nxNastra
n/advanced_nonlinear.shtml)

SOL101 surface-to-surface linear static contact stress solution is valid as
long as we remain in the range of "small displacements", then, if you
perform a linear static SOL101 wit surface-to-surface contact take a look to
displacements results, if resultant displacements has a value similar to the
thickness of your Shell elements (or thickness of your solid part meshed
with solid elements) then your problem is nonlinear for the geometry, then
you will have to perform a nonlinear solution to validate your results
(activating large displacement option, of course!!).

The problem here is that NX NASTRAN nonlinear module (SOL106) do not support
yet surface-to-surface contact, but classical node-to-node CGAP elements,
then the Advanced NonLinear module SOL601/701 --i.e., ADINA-- is critical to
solve complex nonlinear surface-to-surface contact problems with large
displacements & plastic strains, different nonlinear material models, etc..
Then guys, more of you don't know what we have under NX NASTRAN SOL601/701,
we have one of the most powerful nonlinear codes of the world, ADINA !!.

2) FEMAP is an universal pre&postprocessor that can build models for
MSC.Marc as well, but you will need a license of msc.marc to solve your
model, this is not part of Femap.

I hope to have answered your questions!.
Best regards,
Blas.

Позволю себе добавить несколько комментариев опытных иностранных пользователей по важному вопросу отображения результатов.
ПЕРВЫЙ:

Nastran reports stresses at the element centroid, and at the element corners. When FEMAP makes a stress contour plot, we use the corner data, since it makes it possible to create the most accurate plot of stress across each element since there's data to use at each corner. The numbers look very much like the differences often seen from the centroid out to the element's nodes. The answer to "which is correct" is largely up to you the analyst. When the stress is changing from rough 40 Mpa at an element's center to as high as 80 Mpa at it's nodes, the model is not refined enough. If these elements with the high gradient are right where loads or constraints are applied, or at some other type of singularity, the numbers are pretty much useless. If these high gradient elements are at true stress concentrations in your model, blend radii, holes etc., you simply need more elements in these areas, the stresses with a refined mesh will be even higher, and
when refinement doesn't make them much higher, you can consider the mesh density converged and your answer should be pretty good.

I tell most users new to FEA, most stress plots that you see are wrong, until you investigate at level of detail as described above, you can't be sure!! FEMAP does support reading ALGOR and COSMOS results files, and at least in the past these codes output corner stresses as well. Perhaps there is an option to display stress plots with and without corner data as well.

Mark Sherman
FEMAP

ВТОРОЙ:

1) FEMAP does not in general extrapolate to the nodes - we recover
results (stresses, strains...) at the element centroid and element
corners from most FE programs. In a few cases, when the user is able
to recover Gauss point results, we can read and use those directly,
but that is not typical.

2) When you make a nodal contour in FEMAP, we need to compute a
single value at each node. You can choose to make that computation by
either averaging all elemental corner values at the corners attached
to that node, or simply using max/min values.

3) When you make an elemental contour in FEMAP, you can compute
single values at each node (like nodal contours) or you can turn off,
or further control averaging so that the real solver results are
displayed. If you turn off averaging, you will get discontinuous
contours across elements, since results from different elements will
differ - even at the same node. As Julian pointed out, if your mesh
is well refined, these differences will be small. If you see large
discontinuities, it is an indication that you probably need more
elements if you care about precise results in that region.

4) Criteria plots are also available that directly use the elemental
centroidal values without further processing. They will definitely be
discontinous, since they color the entire element with a single
color, but it is a good quick way to see exactly what the solver is
computing.

George Rudy

[Cfytrr]

Сообщение от aub ...однако мне не понятно как вы вычислили

Расчет на устойчивость.

Voyager2007
А Вы не могли бы сделать перевод мыслей товарища Blas Molero? Мы бы Вам сказали спасибо

Сообщение от 100k Как можно, сгенерировать сетку в объемных элементах и стержневом? Что бы работали совместно

Уважаемый MidnightWolf рассказал об этом в #503, подробнее в мультике:

[Voyager2007]

BLAS Molero писал:

Линейному статическому решению с контактом типа "поверхность-поверхность"
нечего противопоставить решателям с аналогичным типом контакта на основе Advanced Nonlinear (решения 601/701),
которые позволяют решать как статическую, так и динамическую задачу.
Первое (решение 101) - это решатель NX.Nastran, в то время как решения 601 и 701 - это Адина (ADINA),
известный код нелинейного решения профессора Клауса Юргена Батэ из Массачусетского технологического
университета, основателя ADINA R&D Inc. По моему мнению, существует только три достойных нелинейных кода:
ABAQUS, ADINA, MSC.MARC. ADINA - тот самый код, который мы используем в решении 601 (нелинейная статика и неявный динамический решатель), решение 701 (явный динамический решатель), который образует модуль Femap Advanced Nonlinear. Поэтому сравнивать между собой линейный контакт типа поверхность-поверхность с аналогичным при использовании высоко нелинейного решателя не совсем корректно.

Линейное решение (SOL 101) с контактом "поверхность-поверхность" приемлемо использовать только в случае малых перемещений. То есть, после выполнения линейного решения нужно оценить полученные перемещения. Если полученные перемещения соизмеримы с толщиной оболочечных элементов модели (или толщиной геометрии, разбитой на Solid элементы), то следует использовать нелинейный решатель (при этом обязательно включить учет больших перемещений).

Нелинейный решатель NASTRANа (Sol 106) не поддерживает контакт типа поверхность-поверхность, а только классические GAP элементы.
В нынешних версиях FEMAP мы имеем один из самых мощных модулей решения нелинейных задач, имеющихся на сегодняшний день. Femap также создавать файлы решения для MSC.MARC, только нужна лицензия.

Добавлю от себя (Voyager): Есть основания полагать (из опыта многолетнего использования специалистами разных отраслей нашей промышленности), что базовый модуль NASTRANa издревле некорректно считает задачи с пластическими деформациями (Sol 106). Я рад, что теперь в нашем распоряжении есть продвинутые решатели sol 601 и 701, однако намерен осенью их детально протестировать, предварительные тесты показывали неплохие результаты. В качестве сравнения полученных результатов предполагается использовать MSC.Marc.

-------------------------------------------

По поводу обработки результатов:

Mark Sherman - разработчик Femap

NASTRAN выдает полученные данные в виде напряжений в центре элемента (centroid) и в углах элемента (corners). Когда Femap создает цветовой контур, он использует данные в углах элемента, так как это позволяет создать наиболее точный цветовой контур напряжений через каждый элемент. Часто наблюдаются значительные расхождения в результатах при использовании результатов в центре элементов и по углам. Что же правильно и чему верить? Ответ на вопрос целиком лежит на совести расчетчика. Например, если напряжения в центре элемента 40 МПа, а в углу элемента 80 МПа, то в общем случае на данном участке сетку необходимо измельчить (улучшить, имеется в виду с сохранением правильной формы). Значительная разница в результатах допускается в местах приложения нагрузки, граничных условий или какой либо другой сингулярности. Если же такая разница наблюдается в местах концентрации напряжений (радиусах перехода, отверстиях) то просто нужно увеличить количество элементов в этих областях, напряжения с улучшенной сеткой могут получиться значительно выше. Поэтому рекомендуется для проверки достоверности результатов выполнить расчеты на последовательности дискретизаций (т.е. на моделях с разным количеством элементов). Убедиться, что результат не зависит от того, как разбита ваша модель.
Всем пользователям новичкам в КЭ анализе я говорю, большинство результатов по напряжениям, которые вы видите – ошибочны, до тех пор пока вы не исследовали влияние сетки на полученный результат.

ВТОРОЙ:

George Rudy

1) Femap не экстраполирует результаты в узлы, он получает результаты (напряжения, деформации) в центре элемента и в углах элемента из большинства КЭ решателей. В некоторых случаях, когда пользователь хочет получить результат в точках интегрирования Гаусса, Femap может это сделать, но это не характерно.
2) Когда вы делаете узловой контур в FEMAP, ему нужно рассчитать одно значение для каждого узла. Это делается с использованием осреднения (averaging) угловых значений каждого элемента, содержащего узел, или с использованием опции max/min, когда узлу будет присвоено наибольшее или наименьшее угловое значение из этих элементов.
3) Когда вы делаете контур по элементам в Femap, вы можете вычислить одно значение для каждого узла (наподобие с узловым контуром) или можно отключить эту опцию. Если вы отключите осреднение, вы получите разрывы (скачки) в линях контура по границам элементов. Этот контур соответствует тому, что получить решатель. Резкие скачки в результатах говорят о необходимости улучшения сетки.
4) Тип контура – Criteria использует напрямую данные в центре элементов. Это быстрый способ увидеть результаты, которые получил решатель.

Добавлю от себя (Voyager): МКЭ является приближенным методом. Поэтому необходима проверка точности и сходимости полученного решения. В настоящее время этому вопросу практически не уделяется внимания, хотя раньше было не так. Раньше при написании отчета по ответственному заданию у меня обязательно присутствовал раздел о проверке точности решения. Сейчас же, к сожалению, редко где встретишь даже подробное описание модели. Все научились кнопки нажимать . Даже в научных статьях порой и сетку то не приводят. А как видно из представленных комментариев разработчиков - это один из ключевых вопросов. Так и написано: ЛЮБОЙ РЕЗУЛЬТАТ ОШИБОЧНЫЙ, ПОКА ВЫ ЕГО НЕ ПРОВЕРИЛИ.

Спасибо за внимание,
Всем удачи,
Аркадий

[Cfytrr]

Спасибо, за проделанный труд.

[Voyager2007]

Спасибо На благо просвещения, времени не жаль.

[100k]

спасибо, Voyager2007 Cfytrr

[selega]

Voyager2007, и все-таки, можно ли как-то уточнить, что следует понимать под большими перемещениями? В приведенном Вами примере понятно, когда речь идет о тонкостенных оболочках. А если есть растянутый стержень, то величина относительных деформаций удлинения 0,01 (в строительных конструкциях это предельное значение для арматуры) будет считаться большой? Одним словом - каковы в общем случае критерии оценки величины деформаций, за которыми NASTRAN'овский решатель не в состоянии корректно решать задачу.
И еще один вопрос - что Вы можете сказать по этому поводу в отношении ANSYS?

[Cfytrr]

Сообщение от selega А если есть растянутый стержень, то величина относительных деформаций удлинения 0,01 (в строительных конструкциях это предельное значение для арматуры) будет считаться большой? Одним словом - каковы в общем случае критерии оценки величины деформаций, за которыми NASTRAN'овский решатель не в состоянии корректно решать задачу.

Так речь, вроде шла о контакте, а именно о контакте "поверхность-поверхность", балочные элементы, не могут быть задействованы в этих задачах. Или Вы о чем то другом говорите?

Также возник вопрос к Voyager2007

Есть основания полагать (из опыта многолетнего использования специалистами разных отраслей нашей промышленности), что базовый модуль NASTRANa издревле некорректно считает задачи с пластическими деформациями (Sol 106).

Можно поподробней, какого рода ошибки? Можно ли их повторить на тестовых задачах?

[selega]

Сообщение от Cfytrr Так речь, вроде шла о контакте, а именно о контакте "поверхность-поверхность", балочные элементы, не могут быть задействованы в этих задачах. Или Вы о чем то другом говорите?

Речь шла о контакте, да. Но я зацепился за "большие перемещения" для нелинейных задач. А говорил не о балочном элементе, а об армированной железобетонной балке, как в ролике несколькими постами выше, в которой можно и бетон, и арматуру задать как нелинейные материалы в области "растяжение - сжатие". Если сказанное Вояджером относится только к нелинейным контактным задачам "поверхность - поверхность" с большими перемещениями, тогда понятно, о чем речь.
Дело в том, что каждый рассматривает проблему под своим углом зрения

[Voyager2007]

Сообщение от selega Voyager2007, и все-таки, можно ли как-то уточнить, что следует понимать под большими перемещениями? В приведенном Вами примере понятно, когда речь идет о тонкостенных оболочках. А если есть растянутый стержень, то величина относительных деформаций удлинения 0,01 (в строительных конструкциях это предельное значение для арматуры) будет считаться большой? Одним словом - каковы в общем случае критерии оценки величины деформаций, за которыми NASTRAN'овский решатель не в состоянии корректно решать задачу. И еще один вопрос - что Вы можете сказать по этому поводу в отношении ANSYS?

В цитируемом мной выше высказывании, речь шла об особенностях применения контакта типа "поверхность-поверхность". Дело в том, что линейный решатель "запоминает" начальное положение контактных тел и после основного решения пытается уравновесить систему определением контактных сил. Понятно, что этот прием даст неплохие результаты только при относительно малых перемещениях. Такой же контакт в нелинейном решении уточняет статус контакта (поверхности) и сил на каждом шаге.
Как же разобраться с результатами? Мне думается, не стоит мешать в одну кучу большие перемещения и большие деформации.
В первом случае может произойти изменение силового воздействия (следящая нагрузка, например, в виде давления), а также изменения в контактном взаимодействии, что конечно изменит расстановку сил. Если включаем большие перемещения, то решатель перестраивает матрицу жесткости, учитывая тем самым значительные изменения геометрии тела. Это особенно актуально при наличии изгиба и кручения. Перемещения же как правило сравниваются с габаритами детали, лучше всего с толщиной, если они больше, то вышеупомянутые эффекты становятся значимыми. Я стараюсь всегда использовать нелинейное решение для конструкций из балочных и оболочечных элементов.
Во втором случае, если заведомо известно, что в модели возникнут большие деформации (высокая пластичность, примерно от 1% для металлов, либо в модели есть гиперупругие материалы), то конечно следует использовать нелинейный решатель, прежде, конечно, получив линейное решение.

Я не специалист в расчете строительных конструкций. Но думаю, что растянутый стержень с деформацией 1% должен иметь значительные пластические деформации, поэтому целесообразно использовать нелинейный решатель. Но если, арматура в бетоне, тут уж я мало что могу сказать. Полагаю, что на форуме есть специалисты по данному вопросу, которые могут дать более содержательный ответ.

По поводу неточности решения задачи пластического течения:
Из двух уважаемых мной независимых источников я получал информацию о том, что MSC.NASTRAN вплоть до 2004 года (позже просто не считали, так как перешли на Марк) неверно считал пластическое течение изотропных материалов. Речь идет о диапазоне деформации от 2% и более. Причем, как мне говорят, ошибка имеет место именно в заложенных уравнениях, которые приведены в документации. Параллельное тестирование Ансиса и Марка подтвердило некорректность решения NASTRANа.
Учитывая то, что NX.Nastran в 2001 году был MSC.NASTRANом, высока вероятность, что эта ошибка перекочевала в текущую версию. Так что, целесообразно внимательнее отнестись к результатам расчета SOL106 с большими деформациями. Я решал задачи в пределах вышеуказанной деформации, поэтому лично не могу ничего подтвердить по этому поводу. Сам давно использую NASTRAN и воспринимаю критику любимого пакета "в штыки" Природа человека такова видимо. Меня этот вопрос зацепил, сейчас ухожу в отпуск, а осенью протестирую это явление на простом примере в решателях: SOL106, SOL601, Ansys, MARC.
Удивительно, что если этот факт имеет место, почему его до сих пор не вскрыли. Может из-за того, что небольшое количество людей решает задачи с высокой пластикой, а может ошибку уже исправили и я зря навожу здесь панику.

Удачи!

[selega]

Сообщение от Voyager2007 Дело в том, что линейный решатель "запоминает" начальное положение контактных тел и после основного решения пытается уравновесить систему определением контактных сил. Понятно, что этот прием даст неплохие результаты только при относительно малых перемещениях. Такой же контакт в нелинейном решении уточняет статус контакта (поверхности) и сил на каждом шаге. Из двух уважаемых мной независимых источников я получал информацию о том, что MSC.NASTRAN вплоть до 2004 года (позже просто не считали, так как перешли на Марк) неверно считал пластическое течение изотропных материалов. Речь идет о диапазоне деформации от 2% и более. Причем, как мне говорят, ошибка имеет место именно в заложенных уравнениях, которые приведены в документации. Параллельное тестирование Ансиса и Марка подтвердило некорректность решения NASTRANа. Учитывая то, что NX.Nastran в 2001 году был MSC.NASTRANом, высока вероятность, что эта ошибка перекочевала в текущую версию. Так что, целесообразно внимательнее отнестись к результатам расчета SOL106 с большими деформациями. Меня этот вопрос зацепил, сейчас ухожу в отпуск, а осенью протестирую это явление на простом примере в решателях: SOL106, SOL601, Ansys, MARC. Удивительно, что если этот факт имеет место, почему его до сих пор не вскрыли. Может из-за того, что небольшое количество людей решает задачи с высокой пластикой, а может ошибку уже исправили и я зря навожу здесь панику.

Voyager2007, Большое спасибо за развернутый и подробный ответ! С большими деформациями и перемещениями вообще и в контактных задачах в частности стало более-менее понятно. Симулировать краш-тест автомобиля в этом пакете не имеет смысла.
Что же касается области строительства, то в арматуре железобетонных конструкциях относительные деформации 1% - это практически предел удлинения, за которым следует разрыв. Бетон разрушается при гораздо меньших относительных деформациях, порядка 0,2% при осевом сжатии и 0,35% при изигибе. Получается, что расчет железобетона в пластической стадии можно вести с помощью NASTRAN. И это радует!
А что касается тестовых расчетов контакных задач в нелинейной постановке, будем с нетерпением ждать Ваших результатов!
Хорошего Вам отдыха!

[Voyager2007]

Лишь бы в пользу. Вообще конечно нам надо поднимать все отрасли промышленности и возвращать утерянные позиции.
Быть может, настало время создать базу знаний по Femap с видео-уроками на примере тех, что делает Cfytrr.
Мне испанская страничка с примерами понравилась, много пользы от этого дела.

[selega]

Сообщение от Voyager2007 Лишь бы в пользу.

Каждый, кому нужно, найдет пользу.

...нам надо поднимать все отрасли промышленности и возвращать утерянные позиции.

Вот это точно!

... настало время создать базу знаний по Femap с видео-уроками на примере тех, что делает Cfytrr. Мне испанская страничка с примерами понравилась, много пользы от этого дела.

Только надо научиться монтировать ролики
Испанская страничка хороша, да вот только не всем понятна
А база нужна. К сожалению, издаваемая литература не охватывает и малой части того, что надо было бы знать по FEMAP в качестве базового курса.

[Voyager2007]

Было бы о чем делать уроки, а как записать - разберемся. Литература конечно же отстает от прогресса. В каждой новой версии солидное количество новинок, одни только Meshing Tools и новый решатель Adina чего стоят. Остается в основном активно использовать help и метод научного тыка с отработкой новых методов на простых задачах.

[100k]

Сообщение от Cfytrr Приветствую. Тут возник вопрос, а как выделить (выбрать) в модели все элементы в которых напряжение превышает некоторый уровень. Просмотреть эти элементы можно с помощью Criteria Limits только вот при выделении выбираются и "отключенные" элементы.

Как это программно сделать при помощи API, уже ясно. Из объекта View берутся все нужные данные (можно посмотреть в меню List>View).
к примеру
Output Set 1 Deform Vector 3139 Contour Vector 3139
...
Criteria Upper Limit 1000. Lower Limit -1000.
...
Contour/Criteria Style On 0 0 0
Contour/Criteria Levels On 0 0 16
Contour/Criteria Legend On 4 0 124
Criteria Limits Off 4 0 0
В этом объекте View есть вся информация о том какие данные отображены на экране.
программно можно создать новую группу, и в эту группу занести все узлы(элементы) которые отвечают требования полученным из данных объекта View. В приведенном примере это напряжения в элементах в точке 1 в начале стержня. Затем простым циклом перебрать все элементы, и которые удовлетворяют заданному условию, поместить их в группу. Вообщем ничего сложного.

Но меня не покидает ощущение, что это должно быть реализовано в Femap.

[selega]

Сообщение от Voyager2007 Остается в основном активно использовать help и метод научного тыка с отработкой новых методов на простых задачах.

Вполне закономерный и логичный путь познания. От простого - к сложному.
Practice Makes Perfect

[Cfytrr]

Сообщение от 100k в эту группу занести все узлы(элементы) которые отвечают требования полученным из данных объекта View.

Так в том то и дело, что методы отбора элементов (узлов) в группу не содержат никаких возможностей использовать свойства View.
Есть только это:

[Pilot25]

Уважаемый Cfytrr
И все же Femap отказывается создать сетку с учетом врисутствующей в ней арматуры.. Подскажите пожалуйста, может вы задали какие то отличные от default настройки создания сетки? Если не составит труда, прилагаю файл, в котором уже есть сетка, осталось только сделать бетон (Solid from Elements). Заранее благодарен