Elemento finito (FE) El software se utiliza normalmente para modelar y analizar el comportamiento de una estructura.. Cuando se utiliza el software FE, la solución obtenida es aproximada por muchas razones. En este artículo, Lo guiaré a través de las fuentes de error en un modelo estructural de elementos finitos, mostrándole qué buscar al validar y verificar su modelo. Si no lo supieras ya, la mayor parte del software que proporcionamos en SkyCiv se basa en el método de elementos finitos (CINCO), por lo que este artículo es relevante cuando se trata de software FE como SkyCiv.
Fuentes de error al utilizar software de elementos finitos
En la lista de abajo, He resumido los principales errores que pueden surgir al modelar estructuras con software FE. Algunos de estos pueden ser controlables por el usuario, mientras que otros a menudo no pueden ser ayudados..
- Errores numéricos: El análisis se realiza en computadoras, que solo puede representar números reales con precisión finita. Así, Hay muchos errores de redondeo y truncamiento asociados con el proceso numérico..
- Mala elección del modelo matemático: ¿Qué pasa si el sistema físico que está tratando de modelar o simular no cumple con los supuestos de su modelo?? Quizás el modelo tiene demasiadas simplificaciones que lo convierten en una mala representación del sistema real.
- Errores de discretización: El software FE funciona discretizando ecuaciones y fórmulas matemáticas continuas. Por supuesto, un modelo discreto no puede mapear perfectamente un modelo continuo, haciendo inevitables los errores. Ojalá, nos encontramos con que son insignificantes.
- Debilidades y limitaciones inherentes: La falta de experiencia en el uso de software FE significa que algunos ingenieros no son conscientes de las limitaciones o deficiencias de este tipo de software.. Por ejemplo, el modelado de un miembro con secciones extremadamente grandes o longitudes muy pequeñas puede ocurrir alrededor de las conexiones o después de importar modelos desde CAD. sin embargo, Estos tipos de miembros pueden hacer que el proceso de EF se vuelva mal acondicionado y produzca resultados erróneos..
- Error humano con entradas: Esta es probablemente la fuente de error más común u obvia. El ingeniero o usuario ha ingresado sus entradas incorrectamente y está dando lugar a un error. Por ejemplo, las posiciones nodales se ingresaron incorrectamente en milimetros cuando el software estaba esperando metros. Esto da como resultado una estructura ENORME, mientras que las secciones aún son pequeñas porque se ingresaron correctamente en milimetros.
- Error humano con el modelado: Los usuarios sin experiencia pueden tener problemas para modelar correctamente una estructura. Esto puede provocar errores que el usuario no comprende o ni siquiera reconoce. (de miedo!). Por ejemplo, Es posible que no se den cuenta de que los elementos adyacentes deben compartir un nodo común para poder conectarse entre sí.. No hacer esto resultará en un modelo pobremente restringido. Puede ver un ejemplo de esto en el modelo que se muestra a continuación. Un miembro se extiende por la parte superior de toda la estructura y el ingeniero se olvidó de conectar las columnas dividiendo el miembro superior en varios miembros continuos.. Afortunadamente software como SkyCiv Structural 3D tiene una función "Reparación de modelos" ,.
Figura 1: El ingeniero no conectó correctamente las columnas a la viga superior.
¿Cómo puedo minimizar estos errores??
Es una buena práctica comprobar minuciosamente su modelo antes y después de resolver. En el mínimo absoluto, debe realizar las siguientes tareas cuando utilice el software FE:
- Siempre verifique su entrada y asegúrese de que el software esté funcionando con los valores que pretendía. Le sorprendería saber cuántas veces un usuario contacta con nuestro equipo de soporte pensando que hay un error en el software., solo para darse cuenta de que ingresaron unidades o datos incorrectos.
- Realice siempre cálculos a mano aproximados para verificar si los resultados están dentro del rango que espera (a menudo referido como "estadio de béisbol" cifras).
- Inspeccione siempre la forma deformada de la estructura. Si la forma no es la que espera su intuición, es posible que haya configurado las cargas o los soportes incorrectamente.
- Si sus resultados terminan siendo números pequeños, comprobar la precisión numérica en el software. Cambie el método de precisión de salida numérica a "Exponencial" notación, por ejemplo, para que pueda comprender la escala de la salida. Alternativamente, si sus números son muy grandes, Probablemente haya configurado el modelo incorrectamente o su estructura esté mal diseñada.
Espero que este artículo le haya ayudado a comprender los tipos de problemas y errores que pueden surgir al utilizar software de elementos finitos.. Si tienes alguna duda con tu modelaje, nuestro equipo de soporte puede ayudarlo. Cuando usa el software SkyCiv, no tenga miedo de ponerse en contacto con el soporte para cualquier problema de modelado.
CTO y cofundador de SkyCiv
BEng Mechanical (Hons1), BCom
La presentación de este artículo está bien pensada.. Cubre los conceptos básicos de errores en el modelado de elementos finitos desde la perspectiva de los usuarios.. Me gustaría mencionar que las matemáticas que debería usar serían ecuaciones diferenciales parciales y matemáticas matriciales.. El problema, por supuesto, es determinar la parte integral o diferencial de las ecuaciones, como dijiste, una aproximación numérica.. Usted, como programador de software, necesitaría ingresar en un ciclo que pondría las iteraciones necesarias para llegar a un buen valor de aproximación. Esa es la parte difícil de la que eres responsable.. En los primeros días de GT strudl y Staad, tenían problemas con la cantidad de iteraciones necesarias para obtener ese valor aproximado., por lo tanto, siempre se recomendó establecer primero un valor calculado a mano que sería el inicio del valor aproximado del software. En el diseño, en la mayoría de las formas en que está escrito en el idioma, tenemos que comenzar con un tamaño y una forma razonables para que los valores de iteración converjan en el valor correcto. Risa aún captura sin error cuando ese valor de iteración no converge. Espero que envíe un mensaje de error similar a STAAD que le indique que las iteraciones no convergen.