Practica 5 Analisis Modal MEF
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1 PRÁCTICA 5: Análisis modal por M.E.F. 1. Introducción En las figuras 1, 2 y 3 podemos ver varios ejemplos de tipos de estructuras. Figura 1. Estructuras de barras Figura 2. Estructuras laminares Figura 3. Estructura tridimensional
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PRÁCTICA 5: Análisis modal por M.E.F.
1. Introducción
En las figuras 1, 2 y 3 podemos ver varios ejemplos de tipos de estructuras.
Figura 1. Estructuras de barras
Figura 2. Estructuras laminares
Figura 3. Estructura tridimensional
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En el desarrollo del modelo de elementos finitos podemos distinguir tres fases:
a) Preprocesado
b) Solución
c) Postprocesado
2. Preprocesado
Las fases del preprocesado son:
a) Definición de la geometría de la pieza.
b) Definición de las propiedades del material.
c) Selección del tipo de elemento.
d) Dibujo del contorno de la pieza.
e) Posicionado de los nodos (mallado).
f) Fijación de los nodos con limitación de movimiento.
En la figura 4 y 5 podemos ver la transformación de una pieza, un rotor de turbina de
vapor, en su correspondiente modelo de elementos finitos.
Figura 4. Rotor completo de turbina de vapor (eje y álabes) y sección del eje
Figura 5. Modelo de elementos finitos (elementos tipo barra)
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En las figuras 6 y 7 podemos ver la transformación de un álabe de turbina de vapor en
su correspondiente modelo de elementos finitos.
Figura 6. Álabes de turbina de vapor (estructuras laminares)
Figura 7. Modelo de elementos finitos
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La figura 8 representa un elemento finito usado para modelos de estructuras laminares.
Figura 8. Detalle del elemento Shell63 (elemento lámina)
En las figuras 9 y 10 podemos ver la transformación de una cimentación de turbina de
vapor en su correspondiente modelo de elementos finitos.
Figura 9. Cimentación de turbomáquina (elementos barra y laminar)
3. Solución
Los algoritmos utilizados en análisis modal son:
• REDUCIDO
Se recomienda para encontrar todos los modos (más de 40) en modelos pequeños
o medianos (10000 g. de l.). Para modelos grandes y los primeros modos (hasta
40) es necesario ajustar bien la selección de los g. de l. maestros.
• SUBESPACIO
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Se recomienda para encontrar los primeros modos de modelos grandes, con
sólidos bien formados y elementos placa.
• BLOQUE DE LANCZOS
Se recomienda para encontrar los primeros 20 modos en modelos grandes.
Permite cálculos rápidos en modelos de hasta 100000 g. de l.
• NO SIMETRÍA
• AMORTIGUADO
Usa la matriz [C] completa. La parte imaginaria del autovalor es /2 (unidad en
Hz). El desplazamiento en los nodos es un número complejo (el módulo equivale
a la amplitud y el ángulo al desfase de la respuesta.
Figura 10. Modelo de elementos finitos de una cimentación tipo mesa
En la tabla 1 se recogen las características fundamentales de estos algoritmos.
Tabla 1. Tipo de extracción y uso recomendado de los algoritmos de solución
MÉTODO TIPO DE EXTRACCIÓN/
MATRIZ
USO
Reducido Completa/ reducidas No recomendado para pandeo
Subespacio Parcial/ completas Matrices simétricas
Lanczos Parcial/ completas Matrices simétricas
(no disponible para pandeo)
No simetría Parcial/ completas Matrices no simétricas
Sistemas
amortiguados
Parcial/ completas Sistemas amortiguados
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3. Postprocesado
Para obtener el listado de frecuencias naturales, hay que seguir la siguiente ruta:
Main Menu> General Postproc> Results Summary
La animación de un modo de vibración (creación de un fichero .avi), exige seleccionar
el modo que se va a animar y después accionar su animación. Las selecciones de menú
para activar estas opciones son:
‐ Main Menu> General Postproc> Read Results> First Set
‐ Utility Menu> PlotCtrls> Animate> Mode Shape
4. Realización de la práctica
A continuación aparece el listado para el preprocesado y solución del análisis modal del
sistema esquematizado en la figura 11.
/PREP7
/TITLE, SISTEMA CON DOS G. DE L.
ET,1,COMBIN40,,,2 ! Selección del tipo de elemento usado
R,1,6,,2 ! Propiedades tipo 1
R,2,16,,2 ! Propiedades tipo 2
N,1 ! Coordenadas nodo 1
N,2,0,1 ! Coordenadas nodo 2
N,3,0,2 ! Coordenadas nodo 3
REAL,1 ! Selección del primer tipo de propiedades
E,1,2 ! Definición de elemento
REAL,2
E,2,3
M,1,UY,2 ! Selección de nodos maestros
OUTPR,,ALL
D,3,ALL ! Selección de restricción de movimiento
FINISH
/SOLU
ANTYPE,MODAL ! Selección de tipo de algoritmo de solución
MODOPT,REDUC,2,,,2
SOLVE
FINISH
A continuación aparece el listado para el preprocesado y solución del análisis armónico
(excitación senoidal) del sistema esquematizado en la figura 11.
/SOLU
ANTYPE,HARMIC
HROPT,MSUP,2
HARFRQ,0.1,1.0
F,1,FY,50
KBC,1
NSUBST,50
OUTPR,,NONE
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OUTRES,,1
SOLVE
FINISH
/POST26
FILE,,rfrq
NSOL,2,1,U,Y,UY1
NSOL,3,2,U,Y,UY2
/GRID,1
/AXLAB,Y,DISP
PLVAR,2,3
Figura 11. Esquema del sistema
