Cálculo Estructural – NX Nastran

NX Nastran es el solver de FEA más avanzado para rendimiento computacional, precisión, fiabilidad y escalabilidad. Disponible como solver empresarial independiente o integrado en NX CAE, NX Nastran incluye soluciones para análisis de tensiones, vibraciones, de dinámica, acústicos, de transferencia térmica y de aeroelasticidad. Nastran ha sido la norma para el análisis de elementos finitos (FE) desde hace más de 40 años.

NX Nastran soluciona la mayoría de los problemas de análisis estructurales para análisis lineales y no lineales, de respuesta dinámica, de dinámica de rotores, de aeroelasticidad y de optimización. La ventaja de contar con estas soluciones en un único solver es que los formatos de archivo de entrada y de salida son los mismos para todos los tipos de soluciones, lo cual simplifica enormemente los procesos de modelado.

Análisis lineal

El análisis lineal parte del supuesto de que ningún material se fuerza más allá de sus límites y de que las deformaciones son pequeñas en relación con las dimensiones totales. NX Nastran presenta una gama completa de funciones de análisis lineal. Por ejemplo, puede solucionar problemas estáticos, como determinar si una estructura resistirá o no una carga específica. NX Nastran soluciona también problemas transitorios, en los que las cargas cambian con el tiempo, como un vehículo que circula cuesta abajo. Además, los ingenieros utilizan NX Nastran para solucionar capacidades de carga de pandeo y comportamiento de la transferencia térmica.

Análisis no lineal avanzado

Si las deformaciones son grandes, las suposiciones de los materiales lineales no son válidas o el contacto es un factor a tener en cuenta, entonces el análisis no lineal es la opción de simulación adecuada. Los solvers de análisis no lineales implícitos y explícitos permiten a los ingenieros abordar problemas tan sencillos como un pasador de plástico, o tan complejos como el análisis de deformación del techo de un vehículo o el análisis posterior al pandeo. Las avanzadas funciones de análisis de materiales permiten simular el derrumbe de un soporte de caucho o el rendimiento de la junta de un motor. Las funciones dinámicas explícitas integradas permiten a los ingenieros realizar análisis de formado de piezas metálicas o evaluar el rendimiento de equipos electrónicos durante una simulación del impacto de una caída.

Análisis de dinámica de rotores

Los sistemas de rotación, como ejes y turbinas, están sujetos a fuerzas centrífugas y giroscópicas inducidas por la rotación, que generan un comportamiento dinámico que no tienen los sistemas estacionarios. En concreto, a ciertas velocidades de rotación pueden producirse inestabilidades dinámicas conocidas como velocidades críticas. El análisis dinámico de rotores permite a los ingenieros predecir las velocidades críticas para sus sistemas y desarrollar diseños que operen lejos de estas velocidades inestables.

Análisis dinámico

El análisis dinámico es uno de los puntos fuertes más importantes de NX Nastran. Desde las cargas transitorias y las frecuencias hasta las cargas aleatorias y las respuestas a choques, NX Nastran abarca toda la variedad de soluciones dinámicas. Las funciones de respuesta dinámica desempeñan un papel fundamental en varias aplicaciones de ingeniería como, por ejemplo, la evaluación de la comodidad del pasajero en aviones y vehículos bajo diversas condiciones operativas, o la evaluación del efecto de las vibraciones en el rendimiento de productos de consumo y otros dispositivos electrónicos de alta tecnología.

Los resultados de los análisis dinámicos suelen utilizarse como datos para otros tipos de análisis, como los de movimiento de cuerpos flexibles. NX Nastran facilita vínculos a herramientas de simulación del movimiento, como NX Motion, RecurDyn, Adams, SIMPACK y MATLAB, lo cual simplifica los flujos de trabajo de simulación.

Análisis de aeroelasticidad

Los análisis de aeroelasticidad permiten analizar el comportamiento de modelos estructurales en presencia de una corriente de aire. Con NX Nastran, los ingenieros pueden simular un análisis de ajuste aeroelástico estático, la fluctuación y la respuesta de aeroelasticidad dinámica aplicada a diversas cargas inestables, como ráfagas. En consecuencia, esto puede aplicarse al diseño de aviones, helicópteros, misiles, puentes colgantes e incluso chimeneas y tendidos eléctricos a gran altura.

Optimización

Diseñar y producir productos innovadores que cumplan los criterios de rendimiento es el objetivo de todo fabricante. Mediante técnicas de optimización, los ingenieros pueden mejorar una propuesta de diseño para transformarla en el mejor producto posible con un coste mínimo. Dado que un diseño puede tener centenares de parámetros variables con interrelaciones complejas, encontrar un diseño óptimo mediante iteraciones manuales es, en el mejor de los casos, una lotería. Las funciones de optimización de NX Nastran simplifican y automatizan el proceso utilizando algoritmos sofisticados para evaluar todo el espacio de diseño y encontrar la combinación correcta de parámetros que posibilitarán la obtención de un rendimiento óptimo.

NX Nastran dispone de numerosas opciones para la partición del dominio de la solución.

Partición geométrica del dominio

Disponible para soluciones estáticas y dinámicas. El modelo físico se divide automáticamente en particiones geométricas que se solucionan en diferentes procesadores.

Partición del dominio de frecuencia

Disponible para soluciones dinámicas. El intervalo de frecuencias de interés se particiona automáticamente en segmentos que se solucionan por separado. Cada procesador soluciona el modelo completo dentro de su segmento de frecuencias.

Partición jerárquica del dominio

Que combina los métodos geométricos y de frecuencias. Ese método se utiliza para soluciones modales, y permite escalar a niveles más altos de los que podrían obtenerse con cualquiera de los métodos de manera individual.

Partición del dominio de la carga

Que resulta útil si hay un gran número de casos de carga en un problema de análisis estático lineal. En lugar de particionar el modelo de elementos finitos, la matriz de carga se divide entre los procesadores de la manera más equitativa posible, tras lo cual se calcula la solución lineal dentro de cada uno de los procesadores para sus propios casos de carga. Al igual que la partición del dominio de la frecuencia, la de carga —que no requiere comunicaciones entre los procesadores— es prácticamente escalable linealmente.

Partición recursiva del dominio

La solución DMP más reciente y escalable para soluciones modales. Opera en particiones multinivel de las matrices de elementos finitos mediante una reducción automática de la matriz (no solamente de la masa y la rigidez). Como método de reducción matemático, la solución resultante es aproximada si se la compara con otros métodos de DMP. No obstante, el usuario tiene la posibilidad de controlar la exactitud de la aproximación, y la experiencia ha demostrado que la aproximación predeterminada es muy buena y está muy cerca de la solución computacionalmente exacta.