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Condiciones de contorno y cargas

En FrontISTR, las condiciones de contorno y las cargas para los análisis estructural, de conducción térmica y dinámico se definen mediante palabras clave. En el análisis estructural estático, las condiciones de contorno y las cargas definidas se agrupan mediante un ID de grupo y se activan en cada paso a través de !STEP, usando su línea BOUNDARY o LOAD. También en el análisis dinámico, !BOUNDARY, !CLOAD, !VELOCITY, !ACCELERATION y !SPRING para el método implícito pueden activarse por grupos desde !STEP. Las condiciones que varían con el tiempo se escalan mediante !AMPLITUDE, y las relaciones lineales entre varios grados de libertad se definen mediante !EQUATION.

Visión general de las funciones

Las condiciones de contorno y las cargas pueden clasificarse por tipo de análisis como se indica a continuación.

Tipo de análisis Principales palabras clave Finalidad
Análisis estructural !BOUNDARY Aplica restricciones fijas, desplazamientos prescritos y rotación prescrita alrededor de un centro de rotación.
Análisis estructural !CLOAD Aplica fuerzas nodales concentradas, momentos sobre grados de libertad de rotación y par alrededor de un centro de rotación.
Análisis estructural !DLOAD Aplica presión superficial, cargas superficiales, fuerzas de volumen, gravedad y fuerza centrífuga.
Análisis estructural !SPRING Aplica apoyos elásticos a grados de libertad nodales.
Análisis estructural !TEMPERATURE Especifica directamente las temperaturas nodales utilizadas en el análisis de tensiones térmicas o las lee de un archivo de resultados.
Análisis dinámico !VELOCITY, !ACCELERATION Aplica velocidad o aceleración inicial, o velocidad o aceleración prescrita variable en el tiempo.
Análisis de conducción térmica !FIXTEMP, !CFLUX, !DFLUX, !SFLUX, !FILM, !SFILM, !RADIATE, !SRADIATE Aplica temperatura fija, flujo de calor, convección y radiación.
Común !AMPLITUDE Especifica en forma tabular los factores de escala variables en el tiempo para condiciones de contorno y cargas.
Definición de malla !EQUATION Define ecuaciones de restricción multipunto.

En el análisis estructural, los números de grado de libertad 1, 2 y 3 se tratan normalmente como grados de libertad de traslación, y 4, 5 y 6 como grados de libertad de rotación. Los grados de libertad de rotación tienen sentido en modelos con seis grados de libertad, como los elementos de lámina y de viga. En modelos que contienen únicamente elementos sólidos bidimensionales o tridimensionales, especifique restricciones y cargas solo dentro del intervalo de grados de libertad que poseen los nodos de destino.

Restricciones de desplazamiento en el análisis estructural

Las restricciones de desplazamiento se especifican mediante !BOUNDARY. Para un nodo o grupo de nodos se proporcionan un intervalo de grados de libertad y un valor. Un valor de 0 define una restricción fija, mientras que un valor distinto de 0 define un desplazamiento prescrito o una rotación prescrita.

En el análisis estructural, !BOUNDARY acepta un intervalo de grados de libertad de 1 a 6. De 1 a 3 corresponden a desplazamientos de traslación, mientras que de 4 a 6 corresponden a restricciones de rotación en nodos que poseen grados de libertad de rotación. Como puede especificarse conjuntamente un intervalo de grados de libertad, por ejemplo, es posible restringir la traslación fijando simultáneamente de 1 a 3.

Cuando se especifica el parámetro AMP, el valor de la restricción varía con el tiempo según una función de amplitud. En la especificación normal, el desplazamiento prescrito se aplica de forma incremental según el factor de carga dentro del paso o la variación de la función de amplitud. Cuando se especifica TOTAL=YES, el valor indicado se trata como el valor objetivo del desplazamiento total.

Cuando se especifica ROT_CENTER, puede aplicarse una restricción de rotación con respecto a un grupo de nodos central. En esta especificación, los desplazamientos de traslación del grupo de nodos de destino se calculan a partir de la magnitud de la rotación y se imponen como restricciones. La combinación de ROT_CENTER y TOTAL=YES no está admitida, por lo que las restricciones de rotación alrededor de un centro de rotación se utilizan como especificaciones incrementales.

Cargas concentradas en el análisis estructural

Las cargas nodales concentradas se especifican mediante !CLOAD. Al proporcionar un nodo o grupo de nodos, un número de grado de libertad y un valor de carga, esta se incorpora como carga del lado derecho para ese grado de libertad.

Los valores especificados para los grados de libertad de traslación 1 a 3 se tratan como fuerzas nodales en las direcciones de coordenadas. En modelos con grados de libertad de rotación, los valores especificados para 4 a 6 permiten aplicar momentos a los grados de libertad de rotación. Cuando se especifica el parámetro AMP, la carga concentrada se multiplica por el valor de la función de amplitud.

Cuando se especifica ROT_CENTER, la carga se aplica como un par alrededor del grupo de nodos central. En este caso, el vector de par especificado se distribuye en fuerzas nodales en función de los vectores de posición desde el centro hasta los nodos de destino. Como el par no puede distribuirse cuando el centro y un nodo de destino se encuentran en la misma posición, es necesario comprobar la relación geométrica entre el centro de rotación y los puntos de aplicación de la carga.

Se requiere precaución cuando se especifica !CLOAD para un grupo de nodos en un modelo que utiliza además !MESH con REFINE (refinamiento de malla, Refiner). El refinamiento crea nuevos nodos intermedios en las aristas incluidas en el grupo de nodos original, y estos nodos intermedios se añaden también al mismo grupo. Como !CLOAD asigna el mismo valor de carga concentrada a cada nodo del grupo, la misma carga concentrada se aplica también a los nodos intermedios añadidos, lo que produce una carga total distinta de la prevista antes del refinamiento. Al especificar cargas concentradas mediante un grupo de nodos, debe tenerse en cuenta el aumento de puntos de aplicación de carga causado por el refinamiento o, preferiblemente, especificar directamente nodos individuales.

Cargas distribuidas y fuerzas de volumen en el análisis estructural

Las cargas distribuidas y las fuerzas de volumen se especifican mediante !DLOAD. !DLOAD permite proporcionar un tipo de carga y parámetros para un grupo de elementos o un grupo de superficies. La variación temporal se especifica mediante el parámetro AMP.

Los principales tipos de carga son los siguientes.

Tipo de carga Descripción
P0, PP, P1–P6 Aplica presión sobre una cara de elemento. La correspondencia entre los números de cara y las caras del elemento depende del tipo de elemento.
PX, PY, PZ Especifica presión con una dirección de coordenadas explícita. Durante el procesamiento de entrada se convierte en un vector de dirección.
S... Aplica una carga superficial a un grupo de superficies. El número de cara se obtiene de la definición del grupo de superficies.
BX, BY, BZ Aplica una fuerza de volumen en una dirección de coordenadas.
GRAV Especifica el vector de aceleración gravitatoria. Se combina con la densidad del material y se incorpora como fuerza de volumen.
CENT Aplica fuerza centrífuga basada en un eje de rotación y una velocidad angular.

Cuando se especifica FOLLOW=YES, la presión superficial sigue la orientación de la superficie deformada. Esta especificación tiene sentido en un análisis estructural que tenga en cuenta deformaciones finitas. En los análisis en los que la geometría no lineal está desactivada, la implementación desactiva la presión seguidora.

Al igual que P1 a P6 y S1 a S6 en el análisis térmico, el significado de los números de cara difiere según el tipo de elemento. Consulte la referencia de palabras clave para conocer la correspondencia concreta de los números de cara y el orden de los campos de datos.

Apoyos elásticos en el análisis estructural

Los apoyos elásticos se especifican mediante !SPRING. Al proporcionar un nodo o grupo de nodos, un número de grado de libertad y una constante de resorte, la rigidez del resorte se añade a la rigidez diagonal del grado de libertad de destino y se incorpora en el lado derecho una reacción elástica proporcional al desplazamiento actual.

Cuando se especifican los grados de libertad 1 a 3, se trata como un resorte de traslación. En modelos con grados de libertad de rotación, la especificación de 4 a 6 permite utilizar resortes de rotación. Compruebe la configuración de grados de libertad para no asignar resortes a grados de libertad que no existan en el modelo de destino.

En la implementación actual, la rigidez de !SPRING no está sujeta a una variación temporal mediante una función de amplitud individual. Dentro de un paso, se ensambla de acuerdo con el factor del paso. Para activar o desactivar un apoyo elástico, utilice el ID de grupo y !STEP con su especificación LOAD para controlarlo en cada paso.

Cargas de temperatura en el análisis estructural

Utilice !TEMPERATURE para aplicar cargas debidas a deformación térmica en el análisis estructural. Cuando se especifica una temperatura para cada nodo o grupo de nodos, se ensamblan fuerzas nodales equivalentes para el análisis de tensiones térmicas basadas en la diferencia respecto de la temperatura de referencia o la temperatura anterior. El coeficiente de expansión térmica se especifica en la definición del material. La temperatura de referencia se especifica mediante !REFTEMP.

La temperatura puede especificarse directamente en el archivo de control o leerse de un archivo de resultados de un análisis de conducción térmica u otro análisis. Cuando se especifica READRESULT, no se leen las temperaturas nodales de las líneas de datos; en su lugar, se leen los datos de resultados especificados mediante SSTEP, INTERVAL, READTYPE y parámetros relacionados. Al utilizar un archivo de resultados, la hora guardada o el número de paso deben corresponder a la especificación del lado del análisis estructural.

Como !TEMPERATURE no tiene el parámetro AMP, no está sujeta al escalado mediante una función de amplitud. Para variar el historial de temperatura, controle los propios datos de temperatura, los resultados del análisis térmico que se leen o la subdivisión en pasos.

Condiciones iniciales y valores prescritos en el análisis dinámico (velocidad y aceleración)

En el análisis dinámico, !VELOCITY y !ACCELERATION permiten especificar condiciones iniciales o valores prescritos de velocidad o aceleración. Ambas especifican un nodo o grupo de nodos, un intervalo de grados de libertad y un valor. El intervalo de grados de libertad va de 1 a 6; en modelos con grados de libertad de rotación, de 4 a 6 corresponden a velocidad angular o aceleración angular.

TYPE=INITIAL especifica la velocidad inicial o la aceleración inicial al comienzo del análisis. Cuando se proporciona una velocidad inicial, se calcula la aceleración inicial para mantener la coherencia con la ecuación de movimiento. Cuando se proporciona una aceleración inicial, existe una ruta en la que se calcula la velocidad inicial.

TYPE=TRANSIT especifica una velocidad prescrita o una aceleración prescrita variable en el tiempo. Si se omite TYPE, se trata como TRANSIT. Cuando se especifica AMP, la función de amplitud se interpola en el tiempo del análisis dinámico y se multiplica por el valor prescrito.

Restricciones multipunto

Cuando sea necesario imponer una relación lineal entre varios grados de libertad nodales, utilice la función de restricción multipunto. La palabra clave correspondiente es !EQUATION, que permite expresar relaciones como acoplamiento rígido, contornos periódicos y relaciones de desplazamiento entre nodos que son difíciles de representar con una restricción fija de un único nodo y un único grado de libertad.

Para la elección del uso de las restricciones multipunto, el método de procesamiento en el solver lineal y su relación con otras funciones de acoplamiento de grados de libertad, como el contacto TIED, consulte Restricciones multipunto.

Condiciones de contorno del análisis de conducción térmica

En el análisis de conducción térmica, se aplican como condiciones de contorno la temperatura fija, el flujo de calor, la convección y la radiación. Independientemente de !STEP para el análisis estructural, el control temporal del análisis térmico se especifica mediante !HEAT.

Palabra clave Destino Descripción Especificación de amplitud
!FIXTEMP Nodo o grupo de nodos Fija la temperatura. AMP
!CFLUX Nodo o grupo de nodos Aplica un flujo de calor nodal concentrado. AMP
!DFLUX Elemento o grupo de elementos Aplica un flujo de calor distribuido al volumen de un elemento o a una cara de elemento. AMP
!SFLUX Grupo de superficies Aplica flujo de calor a un grupo de superficies. AMP
!FILM Elemento o grupo de elementos Aplica una condición de contorno de convección a una cara de elemento. AMP1, AMP2
!SFILM Grupo de superficies Aplica una condición de contorno de convección a un grupo de superficies. AMP1, AMP2
!RADIATE Elemento o grupo de elementos Aplica una condición de contorno de radiación a una cara de elemento. AMP1, AMP2
!SRADIATE Grupo de superficies Aplica una condición de contorno de radiación a un grupo de superficies. AMP1, AMP2

Para !DFLUX, BF representa la generación volumétrica de calor, mientras que S0 a S6 representan el flujo de calor en las caras de los elementos. Para !FILM, las caras de los elementos se especifican mediante F0 a F6; para !RADIATE, mediante R0 a R6. Como la correspondencia entre números de cara y caras reales de los elementos depende del tipo de elemento, consulte la referencia de cada palabra clave para obtener más detalles.

Una condición de contorno de convección especifica un coeficiente de convección y una temperatura exterior. Una condición de contorno de radiación especifica un coeficiente equivalente a la emisividad y una temperatura ambiente. AMP1 corresponde al lado del coeficiente y AMP2 al lado de la temperatura exterior o ambiente, lo que permite una variación temporal independiente de cada uno.

Funciones de amplitud

Una función de amplitud define la variación temporal de una condición de contorno o una carga mediante una tabla de tiempos y valores. En la entrada se define una tabla de tiempos con nombre mediante !AMPLITUDE y se hace referencia a ella desde los parámetros AMP, AMP1 o AMP2 de la palabra clave de destino.

Las principales palabras clave aplicables son las siguientes.

!AMPLITUDE se lee en forma tabular (DEFINITION=TABULAR) y el tipo de tiempo se trata como tiempo de paso (TIME=STEP). Los valores pueden definirse como relativos o absolutos, pero en las palabras clave individuales se utilizan normalmente como factores que multiplican un valor base.

!TEMPERATURE no está sujeto a funciones de amplitud. Además, como !SPRING no se ensambla con una variación temporal individual de la constante de resorte, la activación y desactivación de los apoyos elásticos se realiza mediante el control de pasos.

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