Simulación modal

Los diseñadores pueden aumentar o reducir de forma interactiva la rigidez de un ensamblaje con cambios en la forma, los materiales o las conexiones de pareja. Es importante calcular y garantizar que las frecuencias naturales de vibración sean mucho mayores que (o muy alejadas) de cualquier posible frecuencia de excitación que pueda encontrar su sistema.

Una vez creado un ensamblaje con las propiedades del material, se puede analizar. Las visualizaciones muestran la energía necesaria para la deformación por modo. Onshape deduce automáticamente la conectividad entre los pares de ensamblaje, admite de forma intuitiva las configuraciones de ensamblaje y sigue el ritmo de las ediciones de Part Studio en tiempo real.

Considere la eficiencia de usar el análisis de frecuencia natural junto con ajustes de configuración o variables globales para experimentar con un diseño hasta que esté dentro de las especificaciones deseadas.

En este flujo de trabajo, se supone que usted tiene un modelo CAD completo en una pestaña Ensamblaje.

1. Antes de crear una simulación, deben cumplirse los dos criterios siguientes:

   1. Todas las instancias del ensamblaje deben tener un material asignado.

   2. Al menos una instancia debe estar suelta.

2. Haga clic en el Icono del panel de simulación () para abrir el panel Simulación:

   

3. En la parte superior del panel, haga clic en el menú desplegable Agregar simulación y seleccione Agregar simulación modal.

   

Este menú desplegable se encuentra en la parte inferior del panel si hay otras simulaciones en el ensamblaje.

4. Active la opción Mostrar resultados en el área Simulación de la Lista de ensamblajes. A medida que se calculan los resultados, una barra de progreso azul indica el tiempo restante hasta que se muestre el cálculo final. Las primeras iteraciones se muestran en la escala de esfuerzo. Al terminar, la barra de progreso azul indica completadoy, a continuación, se coloca una marca de verificación junto al estado para indicar que el cálculo (convergencia) se ha completado:

   

Los valores de masa anulados se ignoran en los resultados de la simulación. Si existe una anulación masiva, se muestra una advertencia con información sobre herramientas antes y después de que se active la casilla Mostrar resultados. Mantenga el puntero sobre el ícono de estado para ver la advertencia:



5. Los resultados de la simulación y la escala de colores aparecen en la parte superior. Si no hay ningún modo de cuerpo rígido, se selecciona el modo 1 por defecto. Utilice el menú desplegable de resultados para seleccionar otros modos de resultados.

   

   Ejemplo de una simulación modal realizada en el freno de un automóvil

Cuando se cargan los resultados de una simulación, la escala de colores y los resultados aparecen en la parte superior del área gráfica. Estos se describen a continuación:

• Resultados - Los resultados se dividen en dos secciones: de 1 a 15 modos no rígidos y muchos modos rígidos posibles. Solo se muestra un modo a la vez, pero puede cambiar entre cualquier modo. Visualice la amplitud relativa de las oscilaciones al cambiar de un modo a otro.

  

  • Modo 1-15 (x Hz) - Listados en orden de frecuencia ascendente, cada modo corresponde al patrón de deformación único (o forma del modo) a través del cual oscila la estructura. La velocidad a la que se produce esa oscilación se indica en hercios (Hz) a la derecha del recuento de modos.

    Cuando se selecciona, aparece un campo de energía encima del campo de deformación:

    

    Los tres campos (Frecuencia, Energía y Deformación) controlan la amplitud de la forma modal desplazada y están todos vinculados entre sí. El desplazamiento corresponde a la deformación máxima presente en todo el modelo. La energía cuantifica la cantidad de trabajo que debe añadirse a la estructura para que oscile en el patrón, la frecuencia y la amplitud prescritos.

    Si el usuario establece el desplazamiento, se vuelve a calcular la energía para cada modo no rígido diferente. Si el usuario establece la energía, se vuelve a calcular el desplazamiento para cada modo no rígido diferente y la amplitud de la animación se ajusta en consecuencia.

    Puede ajustar el factor de escala de energía o deformación (amplitud) hacia arriba o hacia abajo, y la frecuencia permanece constante. También puedes cambiar las unidades de energía utilizadas en tu preferencias de usuario o del documento Unidades de espacio de trabajo.

    De forma predeterminada, se muestran 5 modos no rígidos. Sin embargo, puede seleccionar hasta 15 introduciendo un valor en el campo Número de modos no rígidos de la parte inferior del panel de simulación:

    

  • Modos rígidos - Una trayectoria de movimiento en la que las estructuras pueden moverse sin deformarse ni cambiar de forma, de forma similar a como se podría manipular manualmente la traslación o rotación de cada instancia del ensamblaje.

    El número de modos rígidos coincide con los grados de libertad abiertos que estén presentes en la Asamblea. Puede ser ninguno o muchos.

• Mostrar deformación: active esta casilla de verificación para mostrar la deformación en las instancias de ensamblaje. Este es el patrón único de cómo se mueve una estructura durante una vibración específica.

No es necesario marcar la casilla de verificación Mostrar deformación para ver las deformaciones durante la animación de la simulación.

• Icono de animación - Este icono anima la simulación. La animación se repite siempre que esté habilitada. Al estar animada, la posición inicial se muestra como un esquema de las instancias y el ensamblaje se mueve a un ritmo constante. El icono es una palanca. Una vez ejecutado, el icono pasa a ser el icono del botón de parada . Al pulsar este icono, se detiene la animación.

• Escala de colores - La escala de colores representa la deformación (amplitud) de los valores más bajos a los más altos. Esta escala de deformación está vinculada a una cantidad física, la energía requerida para deformar la estructura mediante ese modo de forma, frecuencia y amplitud. Esto tiene en cuenta la resistencia y la rigidez del conjunto al visualizar las deformaciones, lo que ofrece más información sobre las características de vibración.

  Haga clic en el vínculo de escala inferior o superior para introducir numéricamente los valores de escala mínimo y máximo, respectivamente. Haga clic en el icono de Restablecer situado a la derecha de estos números para restablecer el valor mínimo o máximo al valor predeterminado. Arrastre las líneas de escala vertical mínima y máxima para aumentar los límites mínimos o máximos de la escala.

• Onshape Modal Analysis admite condiciones de contorno libres y restringidas, pero no cargas. La aplicación de cargas externas se denomina pretensión o endurecimiento por tensión. Mientras la simulación modal está activa, las cargas se suprimen automáticamente y no se pueden añadir al ensamblaje.

• Como las cargas no se pueden aplicar mientras la simulación modal está activa, solo hay una condición que puede definir el análisis modal: el estado de la Asamblea. Por lo tanto, solo se puede agregar una simulación modal al ensamblaje.

• El análisis modal de Onshape utiliza la dinámica lineal, que supone un comportamiento lineal de los materiales, por lo que no es apropiado para materiales no lineales como el caucho y no incluye efectos de amortiguación.

• El análisis modal de Onshape puede experimentar tiempos de ejecución más prolongados con sólidos de paredes delgadas.

• Hay dos tipos de simulación disponibles:

  • Estática lineal. Consulte Simulación para obtener más información sobre la simulación estática lineal.

  • Modal

• A diferencia del análisis estático, las cargas de análisis dinámico se aplican en función del tiempo o la frecuencia. Esto induce respuestas que varían en el tiempo o en la frecuencia (desplazamientos, velocidades, aceleraciones, fuerzas y tensiones). Onshape aún no admite cargas dinámicas. Como resultado, la simulación modal solo calcula las frecuencias naturales.

• Los valores de masa anulados se ignoran en los resultados de la simulación.

• Por lo general, para la mayoría de las aplicaciones de ingeniería, los ingenieros se preocupan por las primeras frecuencias naturales (más bajas) y sus correspondientes formas de modo, ya que es más probable que se exciten en condiciones de funcionamiento normales. En el caso de estructuras más sencillas, normalmente se trata de los primeros 3 a 5 modos, que se encuentran en la lista desplegable de resultados. Si es necesario, la simulación modal de Onshape proporciona hasta 15 resultados de modos no rígidos.

• No hay límite para la cantidad de frecuencias naturales que se pueden identificar. Sin embargo, con cada frecuencia natural creciente, la energía requerida para deformar las estructuras y darles esa forma aumenta cada vez más. Para estructuras más complejas, o con análisis más avanzados que estudien una gama más amplia de excitaciones, los ingenieros podrían estar interesados en docenas o incluso cientos de modos.

• El número de modos no rígidos de un ensamblaje aumenta drásticamente a medida que aumenta el número de instancias no restringidas (o flotantes) en un ensamblaje. En el caso de un ensamblaje con muchos cuerpos independientes y sin restricciones, los usuarios deberían esperar que el tiempo de respuesta de una simulación modal aumente considerablemente.

• Las piezas/conjuntos simétricos dan como resultado modos no rígidos simétricos (duplicados). En este tipo de estructuras, espere ver algunos modos no rígidos con perfiles de deformación simétricos simétricos o simétricos desde el punto de vista de la rotación con (casi) exactamente la misma frecuencia natural. Podrían combinarse en el mismo modo durante el análisis de los resultados de la simulación.