Capítulo 8 – Tipos de paso de análisis

Los tipos de paso y sus opciones disponibles en Solvix son:

Paso estático

• Name.
• Solver: Default, PaStiX, Pardiso, Spooles, Iterative scaling, Iterative Cholesky.
• Nlgeom: On/Off (activa o desactiva la no linealidad geométrica: grandes deformaciones y grandes desplazamientos). Hay que tener cuidado al utilizar la incrementación y las amplitudes predeterminadas, ya que la incrementación no se ajusta automáticamente para tener en cuenta la dispersión de
• Incrementation: Default/Automatic/Direct (las opciones de incrementación enumeradas a continuación son para la incrementación Automatic).
• Max increments: número máximo de incrementos del paso.
• Time period: periodo de tiempo del paso.
• Initial time increment: valor inicial del incremento de tiempo del paso.
• Min time increment: incremento de tiempo mínimo permitido.
• Max time increment: incremento de tiempo máximo permitido.
• Output frequency: número entero N que indica que solo se almacenarán los resultados de cada N-ésimo incremento.

Paso de desgaste por deslizamiento

• Name.
• Solver: Default, PaStiX, Pardiso, Spooles, Iterative scaling, Iterative Cholesky.
• Nlgeom: On/Off (activa o desactiva la no linealidad geométrica: grandes deformaciones y grandes desplazamientos).
• Incrementation: Default/Automatic/Direct (las opciones enumeradas a continuación son para la incrementación Automatic).
• Max increments: número máximo de incrementos del paso.
• Time period: periodo de tiempo del paso.
• Initial time increment: valor inicial del incremento de tiempo del paso.
• Min time increment: incremento de tiempo mínimo permitido.
• Max time increment: incremento de tiempo máximo permitido.
• Output frequency: número entero N que indica que solo se almacenarán los resultados de cada N-ésimo incremento.

Paso de desplazamiento de contorno

• Name.
• Output frequency: número entero N que indica que solo se almacenarán los resultados de cada N-ésimo incremento.

Paso de frecuencias

• Name.
• Solver: Default, PaStiX, Pardiso, Spooles, Iterative scaling, Iterative Cholesky.
• Perturbation: On/Off (cuando se establece en On, puede incluirse la precarga del paso estático anterior).
• Storage: Yes/No: almacena los valores propios, las automodales y las matrices de masa y de rigidez en forma binaria en un archivo jobname.eig para su uso posterior en el paso de dinámica en régimen estacionario o de dinámica modal.
• Number of frequencies: número de frecuencias propias que se calcularán.
• Lower frequency bound: límite inferior del intervalo de frecuencias.
• Upper frequency bound: límite superior del intervalo de frecuencias.
• Output frequency: número entero N que indica que solo se almacenarán los resultados de cada N-ésimo incremento.

Paso de pandeo

• Name.
• Solver: Default, PaStiX, Pardiso, Spooles, Iterative scaling, Iterative Cholesky.
• Perturbation: On/Off (cuando se establece en On, puede incluirse la precarga del paso estático anterior).
• Number of buckling factors: número de factores de pandeo deseados (valor predeterminado: 1).
• Accuracy: precisión deseada (valor predeterminado: 0.01).
• Output frequency: número entero N que indica que solo se almacenarán los resultados de cada N-ésimo incremento.

Paso de dinámica modal

• Name.
• Solver: Default, PaStiX, Pardiso, Spooles, Iterative scaling, Iterative Cholesky.
• Perturbation: On/Off (cuando se establece en On, puede incluirse la precarga del paso estático anterior).
• Steady state: On/Off (puede utilizarse para continuar un cálculo de dinámica modal hasta alcanzar el régimen estacionario).
• Tipo de amortiguamiento:
  • Off
  • Constant: Damping ratio.
  • Direct: Damping ratios (tabla: Lowest mode, Highest mode, Damping ratio)
  • Rayleigh: Alpha, Beta
• Max increments: número máximo de incrementos del paso.
• Initial time increment: valor inicial del incremento de tiempo del paso.
• Time period: periodo de tiempo del paso (cuando el régimen estacionario está desactivado) o Relative error: error relativo para considerar la solución en régimen estacionario (cuando el régimen estacionario está activado).
• Output frequency: número entero N que indica que solo se almacenarán los resultados de cada N-ésimo incremento.

Paso de dinámica en régimen estacionario

• Name.
• Solver: Default, PaStiX, Pardiso, Spooles, Iterative scaling, Iterative Cholesky.
• Perturbation: On/Off (cuando se establece en On, puede incluirse la precarga del paso estático anterior).
• Harmonic: Yes/No (alterna entre carga periódica armónica y carga periódica no armónica).
• Lower frequency bound: límite inferior del intervalo de frecuencias.
• Upper frequency bound: límite superior del intervalo de frecuencias.
• Number od data points: número de puntos de datos dentro del intervalo de frecuencias.
• Bias: sesgo de distribución de los puntos de datos dentro del intervalo de frecuencias (1 para un espaciado uniforme).

• Tipo de amortiguamiento:
  • Off
  • Constant: Damping ratio.
  • Direct: Damping ratios (tabla: Lowest mode, Highest mode, Damping ratio)
  • Rayleigh: Alpha, Beta
• Output frequency: número entero N que indica que solo se almacenarán los resultados de cada N-ésimo incremento.

Paso dinámico

• Name.
• Solver: Default, PaStiX, Pardiso, Spooles, Iterative scaling, Iterative Cholesky.
• Nlgeom: On/Off (activa o desactiva la no linealidad geométrica: grandes deformaciones y grandes desplazamientos).
• Alpha: cantidad de amortiguamiento numérico (entre -1/3 y 0).
• Procedimiento de resolución :
  • Implicit/Implicit: cálculos estructurales implícitos y de fluido implícitos (actualmente no admitidos).
  • Implicit/Explicit: cálculos estructurales implícitos y de fluido explícitos (actualmente no admitidos).
  • Explicit/Implicit: cálculos estructurales explícitos y de fluido implícitos (actualmente no admitidos).
  • Explicit/Explicit: cálculos estructurales explícitos y de fluido explícitos (actualmente no admitidos).
• Relative to absolute : On/Off (debe activarse cuando el sistema de coordenadas del paso anterior estaba asociado a un sistema giratorio y el sistema de coordenadas del paso dinámico actual debe ser absoluto).
• Tipo de amortiguamiento:
  • Off
  • Rayleigh: Alpha, Beta
• Incrementation: Default/Automatic/Direct (las opciones de incrementación enumeradas a continuación son para la incrementación Automatic).
• Max increments: número máximo de incrementos del paso.
• Time period: periodo de tiempo del paso.
• Initial time increment: valor inicial del incremento de tiempo del paso.
• Min time increment: incremento de tiempo mínimo permitido; debe establecerse en el incremento de tiempo mínimo deseado si se va a utilizar el escalado de masa en cálculos dinámicos explícitos.
• Max time increment: incremento de tiempo máximo permitido.
• Output frequency: número entero N que indica que solo se almacenarán los resultados de cada N-ésimo incremento.

Paso de transferencia de calor

• Name.
• Solver: Default, PaStiX, Pardiso, Spooles, Iterative scaling, Iterative Cholesky.
• Steady state: Yes/No: alterna entre el análisis en régimen estacionario y el transitorio
• Incrementation: Default/Automatic/Direct (las opciones enumeradas a continuación son para la incrementación Automatic).
• Max increments: número máximo de incrementos del paso.
• Time period: periodo de tiempo del paso.
• Initial time increment: valor inicial del incremento de tiempo del paso.
• Min time increment: incremento de tiempo mínimo permitido.
• Max time increment: incremento de tiempo máximo permitido.
• Output frequency: número entero N que indica que solo se almacenarán los resultados de cada N-ésimo incremento.

Paso de temperatura-desplazamiento desacoplado

• Name.
• Solver: Default, PaStiX, Pardiso, Spooles, Iterative scaling, Iterative Cholesky.
• Nlgeom: On/Off (activa o desactiva la no linealidad geométrica: grandes deformaciones y grandes desplazamientos).
• Steady state: Yes/No: alterna entre el análisis en régimen estacionario y el transitorio
• Incrementation: Default/Automatic/Direct (las opciones enumeradas a continuación son para la incrementación Automatic).
• Max increments: número máximo de incrementos del paso.
• Time period: periodo de tiempo del paso.
• Initial time increment: valor inicial del incremento de tiempo del paso.
• Min time increment: incremento de tiempo mínimo permitido.
• Max time increment: incremento de tiempo máximo permitido.
• Output frequency: número entero N que indica que solo se almacenarán los resultados de cada N-ésimo incremento.

Paso de temperatura-desplazamiento acoplado

• Name.
• Solver: Default, PaStiX, Pardiso, Spooles, Iterative scaling, Iterative Cholesky.
• Nlgeom: On/Off (activa o desactiva la no linealidad geométrica: grandes deformaciones y grandes desplazamientos).
• Steady state: Yes/No: alterna entre el análisis en régimen estacionario y el transitorio
• Incrementation: Default/Automatic/Direct (las opciones enumeradas a continuación son para la incrementación Automatic).
• Max increments: número máximo de incrementos del paso.
• Time period: periodo de tiempo del paso.
• Initial time increment: valor inicial del incremento de tiempo del paso.
• Min time increment: incremento de tiempo mínimo permitido.
• Max time increment: incremento de tiempo máximo permitido.
• Output frequency: número entero N que indica que solo se almacenarán los resultados de cada N-ésimo incremento.

Posdata

Hay que tener cuidado al utilizar la incrementación y las amplitudes predeterminadas, ya que la incrementación no se ajusta automáticamente para tener en cuenta la dispersión y el rango de los puntos de datos de amplitud. Deben modificarse en consecuencia el periodo de tiempo y los incrementos de tiempo inicial y máximo.

El paso de desgaste por deslizamiento y el paso de desplazamiento de contorno (disponible solo después de añadir el paso de desgaste por deslizamiento) no son procedimientos de análisis estándar de Solvix y, por tanto, requieren una explicación adicional. Se basan en el modelo de Archard [1] y pueden utilizarse para estimar el desgaste por deslizamiento progresivo entre superficies en contacto. Este modelo lineal predice el volumen de material eliminado por el proceso de desgaste. Dado que el modelo desprecia los cambios en la geometría de las superficies en contacto durante múltiples ciclos de desgaste, puede utilizarse un procedimiento numérico de varios pasos para determinar mejor los parámetros de desgaste. El modelo de desgaste de Archard se desarrolló a partir de los resultados de experimentos de desgaste entre metales en condiciones secas.

La implementación del análisis de desgaste por deslizamiento en Solvix es general en cuanto a la geometría del modelo, las condiciones de contorno y las cargas, y se basa en las siguientes hipótesis:

• el proceso continuo de desgaste entre las piezas puede discretizarse en varios ciclos de desgaste repetidos,
• el desgaste se produce solo en la superficie más blanda del par de contacto,
• la geometría de las superficies en contacto no cambia durante un único ciclo de desgaste,
• el coeficiente de desgaste adimensional permanece constante durante todo el proceso de desgaste.

Sobre la base de estas hipótesis, se prepara en primer lugar un modelo de elementos finitos de un único paso de desgaste. El modelo debe reproducir con precisión la evolución de las condiciones de contacto a lo largo del tiempo; por ello, se requiere un análisis no lineal dependiente del tiempo. El cálculo del desgaste comienza tras la finalización del análisis. Todos los cálculos de los parámetros de desgaste se realizan en los nodos de elementos finitos de la superficie esclava que están en contacto durante el ciclo de desgaste. Los valores de presión y deslizamiento nodales se calculan a partir de los campos de presión y deslizamiento de contacto. A continuación se calculan las profundidades de desgaste nodales mediante la ecuación (2) y las propiedades del material en los nodos de contacto. El procesamiento de un único ciclo de desgaste finaliza con el cálculo del cambio de geometría de la superficie de contacto debido al desgaste, definido por los desplazamientos de desgaste nodales. Los desplazamientos de desgaste de un solo ciclo se calculan multiplicando el valor escalar de la profundidad de desgaste nodal por la normal nodal a la superficie. Los desplazamientos de desgaste de un ciclo se suman entonces a los desplazamientos de desgaste de los ciclos anteriores.

Los desplazamientos de desgaste combinados se tienen en cuenta a continuación durante la preparación del modelo para el siguiente ciclo de desgaste. La malla de elementos finitos inicial del modelo se actualiza con los desplazamientos de desgaste nodales combinados, teniendo en cuenta las condiciones de contorno del modelo. Si se prescribe una condición de contorno nula en un grado de libertad nodal en el que se calcula la componente de desplazamiento de desgaste, la componente de desplazamiento de desgaste se establece en cero. De este modo es posible el análisis de modelos de desgaste simétricos. El procedimiento se repite hasta alcanzar el número final de ciclos de desgaste.

Referencias:

1. J. F. Archard y W. Hirst, «The wear of metals under unlubricated conditions», Proc. R. Soc. London. Ser. A. Math. Phys. Sci., vol. 236, n.º 1206, 1956.
2. X. Shen, L. Cao y R. Li, «Numerical simulation of sliding wear based on Archard model», en 2010 International Conference on Mechanic Automation and Control Engineering, MACE2010, 2010.