tipos de solver en solidworks simulation

Elegir un solver en Solidworks Simulation

Tipos de Solver

En los análisis de simulación hablamos de un grupo de ecuaciones algebraicas que representan un problema en el análisis de elementos finitos, y que deben resolverse de manera simultánea. En SOLIDWORKS Simulation para la solución de ese conjunto de ecuaciones se dispone de tres tipos de solver directos y un solver iterativo.

tipos de solver en solidworks simulationLos métodos directos resuelven ecuaciones por medio de técnicas numéricas exactas. Dentro de este método existen el solver Direct Sparse, el Direct Sparse para problemas grandes y el Direct Sparse de Intel.

Los métodos iterativos resuelven ecuaciones por medio de técnicas de aproximación, según las cuales en cada iteración se supone una solución y se evalúan los errores asociados. Las iteraciones continúan hasta que los errores se vuelven aceptables. Dentro de este método se incluye el Solver tipo FFEPlus.

¿Qué Solver elegir?

Si eres nuevo en Simulation, te recomendamos utilizar la opción que SOLIDWORKS te ofrece por defecto para los estudios Estático, Frecuencia, Pandeo y Térmico, que es «Automático». Básicamente el software selecciona el solver a partir del tipo de estudio, de las opciones de análisis, las condiciones de contacto, etc.

En el caso de problemas de contacto en varias áreas, donde el área de contacto se encuentra en varias iteraciones de contacto, se prefiere el solver Direct Sparse.

Si bien todos los solvers resultan eficaces para problemas pequeños (25.000 GDL o menos), puede haber grandes diferencias en el rendimiento (velocidad y uso de la memoria) al resolver problemas de mayor envergadura.

Importante: Fíjate en la memoria disponible en el ordenador. Si es menor que la requerida por el solver, éste utilizará espacio en disco para almacenar y recuperar información temporal. Cuando esto ocurra, aparecerá un mensaje avisando de que la solución no tiene espacio suficiente en el núcleo y el progreso de la solución se hará más lento.

¡Atención! Si la cantidad de información a ser escrita en el disco es mucha, el progreso de la solución puede ser extremadamente lento. En estos casos (para estudios estáticos y no lineales), te recomendamos usar el Direct Sparse para problemas grandes.

Los siguientes factores pueden ayudarte a elegir el tipo de solver adecuado:

Dimensión del problemaPor lo general, el solver tipo iterativo o FFEPlus es más rápido a la hora de resolver problemas con grados de libertad (GDL) superiores a 100.000. Cuanto mayor sea el problema, más eficaz resultará esta opción.
Recursos del equipo: La memoria RAM y el número de CPU disponibles (núcleos o los procesadores)El solver tipo Direct Sparse requiere unas 10 veces más memoria RAM que el solver FFEPlus. Es más rápido si cuentas con más memoria disponible en tu equipo. El Direct Sparse para problemas grandes ofrece una capacidad de procesamiento multinúcleo y mejora la velocidad de la solución en estudios estáticos y no lineales.
Propiedades de materialCuando los módulos de elasticidad de los materiales usados en un modelo son muy diferentes (como acero y nailon), los métodos iterativos podrían ser menos exactos que los directos. En estos casos se recomiendan los solver directos.
Operaciones de análisisEl análisis con contactos Sin penetración y de Unión rígida obligan a utilizar las ecuaciones de restricción que generalmente se resolverán más rápido con los solver directos.

tipos de estudios en solidworks simulation

Dependiendo del tipo de estudio, se recomienda lo siguiente:

EstáticoUsa el Direct Sparse para problemas grandes cuando tengas suficiente memoria RAM y múltiples CPU para resolver:

  • Modelos con contacto Sin penetración, especialmente cuando activas los efectos de fricción.
  • Modelos con piezas que tienen propiedades de materiales muy diferentes.
  • Modelos con malla combinada
    En un análisis estático lineal, el solver tipo Direct Sparse requiere 1 GB de RAM por cada 200.000 grados de libertad (GDL). El solver iterativo de FFEPlus es menos exigente en cuanto a memoria (2.000.000 GDL/1 GB de RAM aproximadamente).
Frecuencia y pandeoUsa el solver de FFEPlus para calcular modos de sólidos rígidos. Un sólido que no posee restricciones tiene seis modos de sólido rígido.

Usa el solver Direct Sparse para:

  • Tener en cuenta el efecto de la carga en frecuencias naturales.
  • Modelos con piezas que tienen propiedades de materiales muy diferentes.
  • Modelos en los que una malla incompatible presenta una unión rígida con ecuaciones de restricción.
  • Agregar muelles blandos para estabilizar modelos con un soporte inadecuado (estudios de pandeo).
TérmicoLos problemas térmicos tienen un grado de libertad (GDL) por nodo, y por eso su solución es generalmente mucho más rápida que la de los problemas estructurales con el mismo número de nodos. Para problemas muy grandes (con más de 500,00 GDL) usa el Direct Sparse para problemas grandes o el solver FFEPlus.
No linealPara los estudios no lineales que tienen más de 50.000 grados de libertad, el solver FFEPlus es más eficaz a la hora de dar una solución en menos tiempo. El solver tipo Direct Sparse para problemas grandes puede manejar aquellos casos en los que la solución no tenga espacio en el núcleo.
tipos de estudios de simulación

11 Tipos de estudios que ofrece SOLIDWORKS Simulation

En el último post repasamos las grandes ventajas de la simulación virtual para las empresas: el análisis de diseño ofrece grandes ventajas, sobre todo si lo realizamos desde una temprana etapa del ciclo de diseño, ya que así es más fácil calcular los costes y los cambios que se deberán realizar.

tipos de estudios de simulacion

Durante muchos años, el estudio de simulación era de dominio exclusivo de analistas muy especializados y que analizaba los modelos después de que el diseñador o ingeniero los terminara. Hoy en día ya no es necesario perder tanto tiempo y recursos, ya que los análisis pueden realizarse desde el inicio del diseño y lo puede realizar el propio diseñador.

Hoy te contaremos todos los tipos de estudios que podrás realizar con SOLIDWORKS Simulation.

Estudios estáticos (o de tensión)

Los estudios estáticos calculan desplazamientos, fuerzas de reacción, deformaciones unitarias, tensiones y la distribución del factor de seguridad. Cuando se aplican cargas a un sólido, este se deforma y el efecto de las cargas se transmite a través del sólido. Lo que se hace en SOLIDWORKS Simulation es inducir fuerzas internas y reacciones desde las cargas externas para renderizar el sólido a un estado de equilibrio.

El material falla en ubicaciones donde las tensiones exceden cierto nivel. Los cálculos del factor de seguridad se basan en el criterio de fallos. El software ofrece cuatro criterios de fallo.

Este estudio te puede ayudar a evitar fallos que sean provocados por altas tensiones.

Estudios de frecuencia

Si alteramos la posición de descanso de un sólido tiende a vibrar a ciertas frecuencias (naturales o resonantes). El análisis de frecuencia calcula las frecuencias naturales y las formas modales asociadas al vibrar a esa frecuencia.

Se denomina resonancia cuando un sólido está sujeto a una carga dinámica que funciona en una frecuencia natural, pero de repente se produce una respuesta excesiva. Por ejemplo, un automóvil con una rueda mal alineada tiembla violentamente cuando alcanza una determinada velocidad a causa de la resonancia.

El análisis de frecuencia puede ayudarle a evitar fallos por tensiones excesivas a causa de la resonancia. También proporciona información sobre cómo solucionar problemas relacionados con la respuesta dinámica.

Estudios de pandeo

El pandeo es un desplazamiento amplio y repentino ocasionado por cargas axiales. Utiliza un análisis de pandeo si las piezas delgadas y los ensamblajes con piezas delgadas que se cargan en dirección axial se deforman bajo cargas axiales relativamente pequeñas.

Dichas estructuras pueden presentar errores debido al pandeo mientras que las tensiones están muy por debajo de los niveles críticos. En el caso de dichas estructuras, la carga de pandeo se convierte en un factor de diseño crítico.

Estudios térmicos

El análisis térmico calcula la distribución de temperaturas, gradientes de temperatura y flujo del calor  en un cuerpo producidos por mecanismos de conducción, convección y radiación.

Los estudios térmicos pueden ayudarle a evitar condiciones térmicas no deseadas, tales como el sobrecalentamiento y la fusión.

Estudios de diseño

Crea un estudio de optimización del diseño para automatizar la búsqueda del diseño óptimo o evaluar escenarios específicos sobre la base de un modelo geométrico. SOLIDWORKS Simulation está equipado para detectar rápidamente tendencias e identificar la solución óptima utilizando el número mínimo de ejecuciones. Los estudios de optimización del diseño requieren la definición de los siguientes puntos:
Objetivos

Defina el objetivo del estudio utilizando sensores. Por ejemplo, minimizar el material. Si no define objetivos, el programa realiza un estudio de no optimización del diseño.

Variables

Podrás definir múltiples variables utilizando cualquier parámetro o variable global conductora. Por ejemplo, el diámetro de un taladro puede variar de 0.5 a 1 pulgada, mientras que la extrusión de un croquis puede variar de 2.0 a 3.0 pulgadas.

Restricciones

Establezca las condiciones que debe cumplir el diseño óptimo. Por ejemplo, las tensiones, los desplazamientos o las temperaturas no deben exceder determinados valores y la frecuencia natural debe estar dentro de un intervalo especificado.

Estudios no lineales

En algunos casos, la solución lineal puede producir resultados erróneos dado que se infringen las suposiciones sobre las que se basa. El análisis no lineal puede ser utilizado para resolver problemas de no linealidad causados por comportamiento del material, grandes desplazamientos y condiciones de contacto. Por ejemplo, si duplica la magnitud de las cargas, la respuesta (desplazamientos, deformaciones unitarias, tensiones, fuerzas de reacción, etc.) también se duplica.

Estudios de dinámica lineal

Los estudios estáticos suponen que las cargas son constantes o que se aplican lentamente hasta sus valores completos, sin embargo cuando no es posible ignorar los efectos de inercia o amortiguación, necesitamos estudios dinámicos. Como regla general, si la frecuencia de una carga es mayor que 1/3 de la frecuencia más baja (fundamental), debe utilizarse un estudio dinámico.

Con este tipo de estudio podrás definir:
Estudios modales de gráficos de respuesta en función del tiempo para definir cargas y evaluar la respuesta como funciones de tiempo.
Estudios armónicos para definir cargas como funciones de frecuencia y evaluar la respuesta pico en diversas frecuencias en funcionamiento.
Estudios de vibración aleatoria para definir cargas aleatorias en términos de densidades espectrales de potencia y evaluar la respuesta en términos de valores de media cuadrática general o densidades espectrales de potencia en diversas frecuencias.
Estudios de espectro de respuesta para calcular respuestas pico a través del tiempo para un sistema sujeto a un movimiento de base en particular descritos en cuanto a un espectro de diseño.

Estudios de caída

Los estudios de caída evalúan los efectos de dejar caer una pieza o ensamblaje sobre un suelo rígido o flexible. Una aplicación típica es dejar caer un objeto hasta que choque contra el suelo y así medir el impacto que tendría.

SOLIDWORKS Simulation calcula de forma automática el impacto y las cargas de gravedad.

Estudios de fatiga

Ya sabemos que las cargas y descargas repetidas debilitan los objetos a lo largo del tiempo, incluso cuando las tensiones inducidas son considerablemente inferiores a los límites de tensión permitidos. Este fenómeno es conocido como fatiga.

La fatiga es la causa fundamental de error en muchos objetos, especialmente en metal.  Estos cálculos de fatiga se pueden basar en la intensidad de la tensión, las tensiones de von Mises o las tensiones alternas principales máximas.

Ahí va unos ejemplos de donde más se utilizan los errores por fatiga: maquinarias giratorias, pernos, alas de aviones, productos de consumo, plataformas flotantes, buques, ejes de vehículos, puentes y huesos.

Estudios de diseño de recipientes a presión

Se combinan los resultados de estudios estáticos con los factores deseados. Cada estudio estático tiene un conjunto diferente de cargas que producen los resultados correspondientes. Estas cargas pueden ser cargas muertas, cargas vivas (aproximadas por cargas estáticas), cargas térmicas, cargas sísmicas, y así sucesivamente. El estudio Diseño de recipiente a presión combina los resultados de los estudios estáticos algebraicamente usando una combinación lineal o la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados (SRSS).

Como curiosidad – Debemos saber que sólo las cargas pueden variar. Tanto los materiales, las restricciones, las condiciones de contacto, como las configuraciones del modelo y las mallas de los estudios estáticos que se combinan deben ser idénticos.

Estudios de simplificación 2D

Puedes simplificar determinados modelos 3D simulándolos en 2D. La simplificación 2D se encuentra disponible para estudios estáticos, no lineales, de diseño de recipientes a presión, térmicos y de diseño. Puedes guardar el tiempo de análisis mediante la opción Simplificación 2D para los modelos que correspondan. Los modelos 2D requieren menos elementos de malla y condiciones de contacto más simples en comparación con los modelos 3D. Una vez ejecutado el análisis, puedes trazar los resultados en 3D.

¿Quieres obtener más información sobre Simulation?

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¿Cuáles son las ventajas de la simulación virtual frente a los métodos tradicionales?

informe sobre simulacion virtual

Este trimestre en nuestro blog encontrarás mucha información sobre SOLIDWORKS Simulation. Si quieres saber cómo ahorrar tiempo de fabricación y sobre todo dejar de crear prototipos para hacer tus pruebas, no te pierdas el post de hoy.

Hoy os traemos un informe creado por el Grupo Aberdeen, basado en las experiencias de más de 550 encuestados y que analiza cómo se aborda el proceso de Introducción y Desarrollo de Nuevos Productos, así como la simulación de productos en las empresas actuales. En concreto, veremos cómo las empresas que se han adaptado a la simulación virtual han sobrepasado a las que siguen utilizando únicamente cálculos manuales o prototipos físicos.

El esfuerzo por ofrecer productos más innovadores y complejos ayuda a que nos diferenciemos de nuestra competencia y dentro del mercado, pero todo va tan rápido que si nuestros tiempos no se adecuan, también nos quedaremos atrasados.

Hoy en día, los cálculos manuales ya no se adaptan a las necesidades de los ingenieros. Y esas necesidades se basan en determinarlo antes posible cómo será el comportamiento de nuestro producto una vez se haya vendido.

No es de extrañar que las mejores empresas tengan un 122% más de posibilidades que la competencia de tener una estrategia en marcha para mejorar este proceso. ¡Y tú también puedes ser una empresa de éxito!

¿Cómo ejecutan esta estrategia las empresas de éxito?

 

«En nuestra empresa, antes solíamos confiar más en los cálculos manuales. No era extraño que tuviéramos mayores FOS (factores de seguridad) aplicados debido a que se producían errores de mayor tamaño, y menos hipótesis seguras. Al cambiar al modo de simulación virtual, ahora somos capaces de optimizar nuestros productos para reducir el coste y aumentar la calidad y el rendimiento»
(Desarrollador de productos de un pequeño fabricante de equipo industrial)

Cada vez son más los requisitos relacionados con la seguridad del producto y el cumplimiento de la normativa, es por eso que los errores de los cálculos manuales pueden ser eliminados con un software virtual de calidad. En sectores como la alta tecnología, la fabricación industrial o la ciencia de la salud, la complejidad creciente de los productos hace que sea poco realista pensar que un método manual seguirá siendo eficaz.

Te invitamos a que te DESCARGUES EL INFORME y descubras cómo mejorar tu estrategia empresarial y el proceso de nuevos productos. Encuentra el equilibrio entre innovación, costes, tiempo y calidad durante el desarrollo de tu producto.

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