Um dos tipos de acoplamentos amplamente utilizados com o Ansys Rocky é a transferência de dados em uma via para o Ansys Mechanical. Acoplar estes dois programas permite um entendimento mais aprofundado sobre as tensões atuantes no modelo, pois apenas com a simulação DEM, não temos a dissipação das tensões no modelo ou a reação em apoios individuais. Este acoplamento é suportado tanto para simulações Estáticas como Transientes.
Conexão no Workbench
Esta operação de transferência de dados é realizada dentro do Workbench, pois teremos algumas automatizações envolvidas que podem ser feitas apenas com o Workbench. Um ponto que pode ajudar a simplificar a configuração das análises é realizar a conexão dos módulos antes de rodar qualquer caso, desta maneira, o Módulo "Forces for FEM Analyses" será ligado automaticamente dentro do Rocky e a pasta de External Data também será criada, ambas estas operações podem ser feitas depois de configurados os casos, mas como comentado, é mais conveniente fazer esta operação antes. Na Imagem 1 é mostrado o processo para remover o componente de geometria do Rocky no WB, permitindo a importação diretamente pela interface do Rocky.
Imagem 1: Remoção do item de Geometria do módulo Particle Dynamics.
Na imagem 2 e 3 é mostrada a conexão entre os módulos do Rocky e Mechanical, quando se é arrastado o módulo Static Structural para o Results do Particle Dynamics. Note que uma conexão é automaticamente gerada entre o Results do Rocky e o Model do Mechanical, delete essa conexão pois não será utilizada.
Imagem 2: Drag and Drop do módulo Static Structural no Results do Rocky.
Imagem 3: Configuração recomendada depois de remover a conexão entre Results e Model.
Malha STL para acoplamento FEA
O processo pelo qual as cargas geradas pelas partículas DEM são transferidas para o modelo de FEA requer nós de ambas as malhas em posições relativamente próximas. Como as malhas de STL e FEA são construídas de maneiras bem diferentes, é necessária a interpolação das forças em cada um dos nós para transferir corretamente as cargas, porém, caso as malhas sejam muito dissimilares, erros podem surgir.
Um ponto importante a ser considerado é que a malha STL geralmente possui um formato diferente da malha de FEA e caso não sejam definidos controles, os elementos podem ser extremamente distorcidos. Portanto, controlar o aspecto de razão e tamanho destes elementos é essencial para facilitar a interpolação das forças, mas também facilitar a alteração do tamanho de malha dentro do Rocky. Uma das formas de realizar este controle é através do SpaceClaim, nas imagens 4 e 5 é mostrada a diferença entre uma malha gerada sem controles e outra com limitação do tamanho máximo de elemento e Aspect Ratio do elemento.
Imagem 4: Malha STL gerada sem controles de qualidade.
Imagem 5: Malha STL gerada com Aspect Ratio máximo de 3 e controle de tamanho de elemento.
De modo geral, a malha de STL utilizada no Rocky deve ter seu tamanho baseado no tamanho de malha do Mechanical, portanto pode ser necessária a análise do modelo de FEA separadamente para se definir com confiança o tamanho de malha ideal.
Transferência de dados
Caso a análise esteja corretamente configurada, com o módulo Forces for FEM Analyses ligado e com a conexão correta no Workbench, o item mostrado na imagem 6 deve estar presente no final da árvore do Rocky. O External Loads/Wall Loads permite escolher qual o resultado da simulação DEM que será transferido para o Mechanical, ou seja, permite escolher o momento ou intervalo de tempo que será considerado. O tipo de carregamento recomendado para ser transferido para o Mechanical é o Pressure, pois é um pouco menos dependente da semelhança das malhas por espalhar as cargas na forma de pressão, porém, caso a exportação de Pressure esteja gerando erros, a exportação de Force tem um bom funcionamento, necessitando apenas de uma atenção maior para a diferença nos tamanhos entre os elementos.
Imagem 6: Menu do item Wall Loads.
Para análises transientes o tipo de Domain Range mais comum de ser utilizado é o All, no qual todos os resultados de carga do modelo são transferidos, porém, caso o início ou o final da simulação não sejam de interesse, o Domain Range de Time Range é o mais recomendado.
Configuração Mechanical
Realizada a simulação DEM e dado o Update no módulo do Rocky, as cargas no modelo serão transferidas para a simulação estrutural através de um objeto de Imported Load, sendo necessário definir qual tipo de carregamento está sendo importado do Rocky, como mostrado na imagem 7 e também selecionar todas as faces que receberão os carregamentos do DEM.
Imagem 7: Carregamentos disponíveis no Imported Load.
Após definir o tipo de carregamento a ser importado, será necessário indicar quais são as faces da geometria que irão receber as cargas do Rocky e é de grande importância definir corretamente todas as faces que recebem carregamentos para evitar erros de interpolação. Recomenda-se a definição do item Define By como sendo Components, permitindo a troca da direção das cargas, caso a geometria usada no Mechanical não esteja na mesma orientação, mostrado na imagem 8. Cada uma das componentes, usualmente estará na ordem normal, ou seja, Componente X recebendo a Pressão em X do modelo.
Imagem 8: Configurações recomendadas para importação dos componentes de carga.
Após a definição de todas as configurações do carregamento importado, faça a ação de Import Load e verifique os carregamentos interpolados para cada um dos nós. Este passo é essencial para garantir que erros não ocorreram durante a importação. Mostra-se na imagem 9, um exemplo de carga importada. Esta é a etapa final para o acoplamento, sendo possível agora rodar o modelo com as forças ou pressões importadas do Rocky, considerando as restrições e outras cargas que podem existir no componente.
Imagem 9: Vetores de carregamentos em cada um dos nós da análise FEA.
Considerações adicionais para carregamentos transientes
A importação de cargas para uma análise transite possui alguns passos adicionais que devem ser realizados para o resultado de Imported Pressure levar em conta todos os Ouputs do Rocky. A primeira etapa é realizada dentro do Rocky, trocando o período de exportação em Domain Range para All ou para o período desejado. Na imagem 10, é mostrada a configuração comentada
Imagem 10: Configuração de Wall Loads para uma análise transiente.
Depois de modificada esta opção, todos os Outputs gerados na simulação serão gravados e poderão ser exportados para o Mechanical.
A segunda etapa consiste em copiar os dados dos Outputs que estão na pasta de resultados do Workbench. O caminho para a pasta é constante, sendo: SuaSimulação_files>dp0>RockyEx-1>Rocky. Dentro desta pasta terão todos os Outputs da simulação, mas o arquivo que estamos procurando é o loadref.csv, abra com o Bloco de Notas e copie todas as linhas. O separador decimal deve estar consistente entre o arquivo loadref e o Mechanical, portanto, se está usando vírgula como separador decimal, use o recurso do Bloco de Notas para substituir todos os pontos por vírgulas para colar no Mechanical, faça esta operação em uma cópia do loadref.
A última etapa é simplesmente copiar as linhas trazidas do Rocky para o Imported Load, com a opção de Define By em Components, como mostrado na imagem 11.
Imagem 11: Exemplo de carregamento transiente importado para o Imported Pressure.
Deste modo, o carregamento importado ao Mechanical será variado conforme os Outputs no Rocky. É importante ressaltar que o Timestep da Simulação transiente deve ser o mesmo que o Output Setting importado do Rocky. A maneira para se garantir essa sincronia é desativando o Auto Time Stepping dentro do Analysis Settings do Mechanical e definindo o passo de tempo igual ao do Rocky. Esta opção é mostrada na imagem 12, no exemplo mostrado o Output Frequency do Rocky é 5e-6s
Imagem 12: Configurações recomendadas para análise Transiente com limitação de TimeStep
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