Mensaje de Error de NX Nastran 7.1:
"Run Terminated Due to Excessive Pivot Ratios"
(Febrero, 2011)
El siguiente modelo de elementos finitos corresponde a una estructura de celosía en voladizo compuesta por elementos 1-D CROD bi-articulados de 2-nodos que se va a resolver mediante un análisis estático lineal (SESTATIC SOL101)
Estructura de Celosía mallada en FEMAP V10.2 con
elementos CROD de NX Nastran
Aparentemente todo está correctamente definido, pero si se ejecuta el análisis estático lineal aparece el siguiente mensaje de error:
Mensaje de error de FEMAP
Si inspeccionamos el fichero *.F06 de salida de resultados de NX NASTRAN y hacemos una búsqueda por la palabra FATAL veremos la causa del error: la matriz de rigidez es singular debido a la existencia de mecanismos en la dirección del eje-Z (es decir, el GDL "T3").
*** USER INFORMATION MESSAGE 6137 (DFMN)
INPUT MATRIX TO DECOMPOSITION HAS 8 SINGULARITIES.
SEE FOLLOWING MESSAGES FOR DETAILS.*** USER WARNING MESSAGE 4698 (DCMPD)
STATISTICS FOR DECOMPOSITION OF MATRIX KLL .
THE FOLLOWING DEGREES OF FREEDOM HAVE FACTOR DIAGONAL RATIOS GREATER THAN
1.00000E+07 OR HAVE NEGATIVE TERMS ON THE FACTOR DIAGONAL.
User information:
During decomposition, the degrees of freedom listed have pivot
ratios that are that are greater than maxratio or are negative.
Verify that the degrees of freedom are not part of a mechanism
and that elements do not have excessive stiffness. In superelement
analysis this condition causes run termination. PARAM,BAILOUT may
be used to continue the run. See the NX NASTRAN Numerical Methods
User's Guide. GRID POINT ID DEGREE OF FREEDOM MATRIX/FACTOR DIAGONAL RATIO MATRIX DIAGONAL
6 T3 1.00000E+15 2.09279E+04
12 T3 1.00000E+15 2.09279E+04
35 T3 1.00000E+15 2.09279E+04
36 T3 1.00000E+15 2.09279E+04
45 T3 1.00000E+15 2.09279E+04
54 T3 1.00000E+15 2.09279E+04
81 T3 1.00000E+15 2.09279E+04
84 T3 1.00000E+15 2.09279E+04
^^^ USER FATAL MESSAGE 9137 (SEKRRS)
^^^ RUN TERMINATED DUE TO EXCESSIVE PIVOT RATIOS IN MATRIX KLL.
^^^ USER ACTION: CONSTRAIN MECHANISMS WITH SPCI OR SUPORTI ENTRIES OR SPECIFY PARAM,BAILOUT,-1 TO
^^^ CONTINUE THE RUN WITH MECHANISMS.
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Durante la descomposición de la matriz de rigidez, NX Nastran detecta la existencia de un posible "mecanismo" basándose en el valor máximo de la siguiente relación:
MAXRATIO = Kii/Dii
donde Kii es el término diagonal de la matriz de rigidez original y Dii es el término diagonal de la matriz factor. El valor por defecto de MAXRATIO es 1E+07.
Si se excede el valor de MAXRATIO, el solver NX NASTRAN termina el cálculo con un "Fatal Message". Se puede evitar el error insertando en el fichero de entrada de NX NASTRAN el comando “PARAM,BAILOUT,–1". Sin embargo, hay que señalar que un valor elevado de la relación MATRIX/FACTOR DIAGONAL es un claro indicador de que algo está mal en el modelo y que por tanto existe un problema de modelado que se debe corregir antes de ejecutar el análisis.
1. Solución con "PARAM,BAILOUT,-1"
Vamos a mostrar cómo utilizar este comando para resolver el
modelo sin que el "solver" NX NASTRAN nos de ningún mensaje de error.
En la sección "NASTRAN Bulk Data Options" haz click en el
botón "START TEXT" y en la siguiente ventana metemos
"PARAM,BAILOUT,-1", sin comillas.
Opciones de "NASTRAN Bulk Data"
Texto a introducir en la sección "NASTRAN
Bulk Data"
Aspecto del fichero de entrada de NASTRAN
En efecto, tras incluir el comando "PARAM,BAILOUT,-1" el solver ejecuta el análisis estático lineal sin problemas. Pero ruego de forma encarecida utilizar este recurso únicamente como una técnica de chequeo (DEBUGGING TOOL) para descubrir dónde se encuentra el error de modelado viendo qué pieza "sale volando" al animar la deformada, PERO NUNCA JAMAS CON MODELOS DE PRODUCCION, ya que puede conducir a soluciones de mala calidad.
Resultados del Análisis Estático
Lineal con "PARAM,BAILOUT,-1"
De todas formas, viendo la animación de la deformada de los resultados de desplazamientos no se aprecia en este caso nada extraño, la deformada corresponde a una viga en voladizo, y los valores de desplazamientos resultantes no son exagerados, por tanto la orden "PARAM, BAILOUT,-1" nos ayuda en este caso concreto únicamente a resolver el modelo, pero no a descubir el "error de modelado" inherente en la estructura.
2. Solución con "SEMODES (SOL103)"
El siguiente recurso que os voy a enseñar es mucho más
contundente y eficiente para descubrir errores de modelado, constituye el
clásico "truco de soporte" que llevo utilizando toda la vida
con las consultas de mis clientes para descubrir el motivo del error:
simplemente plantead un cálculo de frecuencias con los valores por defecto, y
NX NASTRAN calculará las frecuencias de vibración cercanas a 0.0 Hz, que
justamente serán los movimientos de cuerpo rígido del modelo.
Análisis Dinámico de Frecuencias
Observando el Listado de Frecuencias Naturales de la estructura descubrimos que los 8 primeros modos (es decir, las 8 singularidades reportadas anteriormente) tienen un valor muy cercano a los 0.0 Hz, y por tanto constituyen los movimientos de cuerpo rígido detectados por el solver NX NASTRAN al ejecutar el análisis estático lineal.
R E A L E I G E N V A L U E S
MODE EXTRACTION EIGENVALUE RADIANS CYCLES GENERALIZED GENERALIZED
NO. ORDER MASS STIFFNESS
1 1 -3.427267E-07 5.854287E-04 9.317386E-05 1.000000E+00 -3.427267E-07
2 2 -2.533197E-07 5.033088E-04 8.010408E-05 1.000000E+00 -2.533197E-07
3 3 -1.564622E-07 3.955530E-04 6.295421E-05 1.000000E+00 -1.564622E-07
4 4 -1.341105E-07 3.662109E-04 5.828428E-05 1.000000E+00 -1.341105E-07
5 5 4.440892E-16 2.107342E-08 3.353940E-09 1.000000E+00 4.440892E-16
6 6 2.235174E-08 1.495050E-04 2.379446E-05 1.000000E+00 2.235174E-08
7 7 1.661479E-06 1.288984E-03 2.051481E-04 1.000000E+00 1.661479E-06
8 8 1.073427E-03 3.276320E-02 5.214425E-03 1.000000E+00 1.073427E-03
9 9 9.366740E+07 9.678192E+03 1.540332E+03 1.000000E+00 9.366740E+07
10 10 9.366740E+07 9.678192E+03 1.540332E+03 1.000000E+00 9.366740E+07
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En este caso viendo la animación del Modo#1 descubrimos que la estructura está construida en su cordón superior e inferior con cuadriláteros articulados en vez de triángulos rígidos, y por lo tanto su estabilidad es cuestionable, salvo que se arriostre horizontalmente en la dirección eje-Z. Tampoco existen diagonales en los planos Y-Z transversales, por lo tanto el diseño de "celosía en voladizo con barras bi-articuladas" no es correcto.
El Análisis "Normal
Modes/Eigenvalue" constituye una herramienta excepcional
para detectar modos de cuerpo rígido
Como habéis podido comprobar, los "trucos" de Soporte también se comparten, así que espero que los utilicéis en beneficio propio!!.
Saludos,
Blas.
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