[U2.06.01] Mise en œuvre d`un calcul de modes
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1. INFORMATIONS SUR LE CALCUL DEMANDE NOMBRE DE MODES RECHERCHES 1 DIMENSION DE L ESPACE REDUIT EST 0 ELLE EST INFERIEURE AU NOMBRE DE MODES ON LA PREND EGALE A 4 METHODE DE SORENSEN CODE ARPACK VERSION 2 4 DATE 07 31 96 NOMBRE DE REDEMARRAGES E 2 NOMBRE DE PRODUITS OP X 7 NOMBRE DE PRODUITS B X 20 NOMBRE DE REORTHOGONALISATIONS ETAPE 1 6 NOMBRE DE REORTHOGONALISATIONS ETAPE 2 0 NOMBRE DE REDEMARRAGES DU A UN VO NUL 0 LES FREQUENCES CALCULEES INF ET SUP SONT FREQ INF 5 22037E 01 FREQ SUP 5 22037E 01 D ITERATION SIMULTANEE DE SORENSEN fr quences propres NORME D ERREUR 7 02498E 10 9 12843E 10 NORME D ERREUR MOYENNE 80767E 09 position du mode dans le space global VERIFICATION A POSTERIORI DES MODES DANS L INTERVALLE 5 20730E 01 5 23340E 01 IL Y A BIEN 1 FREQUENCE S Si les modes calcul s sont complexes il y a en plus une colonne donnant les amortissements modaux Manuel d utilisation Fascicule u2 06 Dynamique Copyright 2015 EDF R amp D Document diffus sous licence GNU FDL http www2. 5 2 Normalisation des modes Les d form es modales sont d finies un facteur multiplicatif pr s cf formulation du probl me modal au paragraphe 1 Par d faut les modes calcul s par les op rateurs CALC_MODAL MODE ITER SIMULT et MODE _ITER_INV sont norm s de mani re ce que la plus grande composante physique soit gale 1 L utilisateur peut modifier cette normalisation gr ce l op rateur NORM MODE U4 52 11 qui calcule galement ou met jour les param tres modaux suivants qui d pendent de la normalisation choisie FACT PARTICI D MASS GENE et RIGI_GENE Il enrichit galement la structure de donn e avec les param tres MASS_EFFE_UN_D qui sont eux ind pendants de la normalisation Ces param tres d finis au paragraphe 4 peuvent tre utiles notamment pour liminer d une base modale certains modes non d sir s cf paragraphe 5 3 Exemple norme par rapport la masse modes calcul par l une des m thodes pr c demment d crites modes NORM_MODE reuse modes MODE modes NORME MASS_GENE Remarque si l utilisateur calcule les modes avec l op rateur MACRO MODE MECA il peut choisir la norme directement l int rieur de cet op rateur avec le mot cl facteur NORM_MODE 5 3 Filtrage des modes selon un crit re Manuel d utilisation Fascicule u2 06 Dynamique Copyright 2015 EDF R amp D Document diffus sous licence GNU FDL http www gnu org copyleft dl
3. Pour far fa ECA en pr cisant le d coupage d finir les sous bandes Manuel d utilisation Copyright 2015 EDF R amp D Document diffus sous licence GNU FDL http www gnu org copyleft fal html Fascicule u2 06 Dynamique Code Aster on default Titre Mise en uvre d un calcul de modes propres d une s Date 14 05 2013 Page 11 18 Responsable Nicolas BRIE Cl U2 06 01 R vision 11026 Calcul des ASSEMBLAGE matrices assembl es Comptage a priori des fr quences propres Calcul des modes propres par sous bandes Figure 3 2 4 1 a Calcul des modes propres par d coupage en sous bandes Exemple identique au paragraphe 3 2 1 en d coupant la bande 20 300 Hz en trois sous bandes ASSEMBLAGE MODELE modele CHAM MATER ch mat CARA ELEM cara el CHARGE c I imite NUME DDL CO numerota cr ation d une num rotation des DDL MATR_ASSE E MATRICE CO matr_k OPTION RIGI_MECA F MATRICE CO matr m OPTION MASS_MECA y nb modes INFO MOD eal MATR_RIGI matr k MATR MASS matr m FREQ 20 300 modes MACRO MODE ECA MATR RIGI matr k MATR MASS matr m CALC FREQ F FREQ 20 100 200 300 Remarques Ily a un gain en performance CPU m me l
4. 3 2 2 4 3 2 2 5 3 2 3 e calcul modal avec comme entr e la matrice de rigidit totale et la matrice de masse MODE ITER SIMULT OU MODE ITER INV Exemple Le cas test SDLL101 pr sente un exemple de calcul des modes d une poutre soumise des forces statiques Prise en compte de la gyroscopie machines tournantes En plus des autres matrices assembl es de raideur masse et ventuellement amortissement autre que gyroscopique il faut calculer la matrice d amortissement gyroscopique avec l option MECA _GYRO L op rateur CALC MODE ROTATION permet alors de calculer les modes propres de la structure pour diff rentes vitesses de rotation d finies par l utilisateur sous le mot cl VITE ROTA On peut alors tracer le diagramme de Campbell volution des fr quences propres en fonction de la vitesse de rotation de la structure tournante gr ce l op rateur IMPR DIAG CAMPBELL Remarque L op rateur CALC MODE ROTATION est en r alit une macro commande apppelant MODE ITER SIMULT au besoin l utilisateur peut donc r aliser les diff rentes tapes l mentaires de CALC MODE ROTATION la main mais de mani re beaucoup moins ergonomique Le cas test SDLL129 illustre la d marche dans le cas d un rotor avec paliers dont les caract ristiques d pendent de la vitesse de rotation Utilisation des modes pour un calcul dynamique sur base modale Il faut l aussi avoir acc s aux matri
5. ch ant le paragraphe 3 2 2 3 indique la d marche adopter tude avanc e e Pour une tude simple la structure n est pas pr contrainte les ventuelles conditions aux limites en d placement sont g n ralement nulles Si on veut prendre en compte la pr contrainte engendr e par des d placements non nuls il faut adopter l aussi la d marche indiqu e au paragraphe 3 2 2 3 3 Calcul des modes propres de vibration d une structure partir des donn es d entr e vues au paragraphe pr c dent on pr sente ici les diff rentes possibilit s offertes par Code Aster pour calculer les modes propres d une structure en allant de la plus simple de mise en uvre des encha nements plus compliqu s 3 1 tudes les plus simples Manuel d utilisation Fascicule u2 06 Dynamique Copyright 2015 EDF R amp D Document diffus sous licence GNU FDL http www gnu org copyleft fdl html Code Aster ut Titre Mise en uvre d un calcul de modes propres d une sf Date 14 05 2013 Page 5 18 Responsable Nicolas BRIE Cl U2 06 01 R vision 11026 3 2 3 2 1 Pour les tudes simples on consid re ici une structure mod lis e sans amortissement sans pr contrainte sans interaction fluide structure sans gyroscopie et avec un nombre de degr s de libert raisonnable la solution la plus ergonomique est d utiliser l op rateur CALC MODAL dont la syntaxe est tr s synth tique Cet op
6. ralement d j bonne et satisfaisante Pour des mod les plus compliqu s il est toutefois conseill d affiner cette estimation par un second calcul par la m thode des puissances inverses op rateur MODE ITER INV L encha nement des commandes est alors le suivant Manuel d utilisation Fascicule u2 06 Dynamique Copyright 2015 EDF R amp D Document diffus sous licence GNU FDL http www gnu org copyleft fal html Code Aster Version default Titre Mise en uvre d un calcul de modes propres d une sf Date 14 05 2013 Page 9 18 Responsable Nicolas BRIE Cl U2 06 01 R vision 11026 P z PS donn es d entr e Calcul des matrices assembl es Comptage a priori des fr quences propres facultatif mais recommand Calcul des modes propres 1 re estimation 5 Calcul des modes propres affinement Figure 3 2 3 a Am lioration de la qualit des modes propres Exemple Le premier calcul de modes sur la bande 0 2000 Hz avec la commande ci dessous model MODE ITER SIMULT MATR RIGI k asse MATR_MASS m asse CALC FREQ F je BANDE 2000 OPTION E FREQ 0 r ESSAG donne les r sultats suivants visibles dans le fichier M T T SONT ET SUP ES CALCULE 4 65661E 1 60171E CALCUL MO D ITERATION SIMULTAN SORE
7. Au contraire MODE ITER INV beaucoup plus co teux est utiliser plut t pour calculer quelques modes avec une tr s bonne qualit par exemple si on veut affiner des premi res estimations de modes propres cf paragraphe 3 2 3 Dans un premier temps il est conseill de laisser les param tres par d faut de ces op rateurs et de pr ciser seulement la zone de recherche des fr quences propres donn es d entr e Calcul des ASSEMBLAGE matrices assembl es Comptage a priori des fr quences propres facultatif mais recommand ou Calcul des modes propres Figure 3 2 1 a Calcul des modes en passant par les matrices assembl es Exemple calcul des modes propres sur la bande 20 300 ASSEMBLAGE MODELE modele CHAM MATER ch mat CARA ELEM cara el CHARGE c limite NUME DDL CO numerota cr ation d une num rotation des DDL MATR_ASSE E MATRICE CO matr Kk OPTION RIGI MECA _F MATRICE CO matr m OPTION MASS_MECA modes MODE ITER SIMULT MATR RIGI matr k MATR MASS matr m CALC FREQ F OPTION BANDE FREQ 20 300 Manuel d utilisation Fascicule u2 06 Dynamique Copyright 2015 EDF R amp D Document diffus sous licence GNU FDL http www gnu org copyleft fdl html Code Aster r default Titre Mise en uvre d un calcul d
8. avanc es on aura besoin de conna tre les matrices assembl es raideur masse amortissement repr sentant la structure Des exemples de leur utilit sont donn s au paragraphe 3 2 2 Encha nement des commandes Code_Aster partir des donn es d entr e on proc de ainsi e calcul des matrices assembl es op rateur ASSEMBLAGE avec les options RIGI MECA et MASS_MECA d autres options existent pour calculer des matrices plus sp cifiques par exemple la rigidit g om trique l amortissement la gyroscopie etc e calcul des modes propres Pour cela on dispose de deux op rateurs qui diff rent par leurs algorithmes de r solution MODE_ITER_SIMULT et MODE ITER INV Manuel d utilisation Fascicule u2 06 Dynamique Copyright 2015 EDF R amp D Document diffus sous licence GNU FDL http www gnu org copylett fdl html Co d e A ster Version default Titre Mise en uvre d un calcul de modes propres d une s Date 14 05 2013 Page 6 18 Responsable Nicolas BRIE Cl U2 06 01 R vision 11026 MODE ITER_SIMULT est privil gier pour ses performances CPU si on cherche un nombre relativement important de modes jusqu 50 80 au del on recommande d couper la recherche en plusieurs sous bandes cf paragraphe 3 2 4 1 notamment avec l option de recherche sur un bande donn e OPTION BANDE pour une meilleure robustesse
9. gnu org copyleft fdl html Code Ast un oqe _ASier default Titre Mise en uvre d un calcul de modes propres d une sf Date 14 05 2013 Page 15 18 Responsable Nicolas BRIE Cl U2 06 01 R vision 11026 TOTAL EST 74 DE LAGRANGE EST 44 LE NOMBRE DE DDL ACTIFS EST 8 INFORMATIONS SUR LE CALCUL DEMANDE NOMBRE DE MODES RECHERCHES 5 le probl me trait tant quadratique on double l espace de recherch M thode QZ dans MODE ITER SIMULT On trouve un nombre de valeurs propres 17 diff rent du nombre de ddls physiques actifs 8 votre probl me est fortement amorti valeur s propre s r elles 14 valeur s propre s complexe s avec conjugu e 10 valeur s propre s complexe s sans conjugu e 0 CALCUL MODAL METHODE GLOBALE DE TYPE QR fr quences propres amorties LGORITHME 02 SIMPLE NUMERO AMORTISSEME NORME D ERREUR 1 68241 4 00918E 13 2 710101 7 31808E 14 3 500001 5 40182E 14 4 4 03817E 14 5 R 3 48265E 14 NORME D ERREUR MOYENNE 0 12067E 12 amortissements modaux Attention pour l instant il n y a pas de v rification de type STURM comptage du bon nombre des valeurs propres calcul es lorsqu on est dans le plan complexe probl me modal g n ralis avec MATR_R
10. le de Code Aster ASTK version 1 12 1 poutre astk modifi home brie modal_dev 19145_docU_simple Eichier Configuration Qutils Options eme TESTS a SURCHARGE AGLA er REX M moire totale Mo 512 dont Aster Mo 4 FICHIERS Temps himis 5 00 Chemin de base home brie nodal_dev 19145_docl_simple D Machine ex c frontali Type Serveur Nom u D RC Version L STait ini D mail f Local poutre mail 20 a a v batch comm Local poutre comm EB rFrF E interactif mess Local poutre mess m Le aF j X W suivi interactif resu Local poutre resu 8 aw a rmed Local poutre resu med 80 AFl nodebug v debug a 7 Lancer run Suivi des jobs Arguments a WESEN Figure 3 2 4 2 a S lection dans ASTK d une version parall le de Code_Aster exemple sur le serveur centralis Aster4 e sp cifier dans ASTK le nombre de processeurs et de n uds de calcul exploiter il faut utiliser au moins autant de processeurs que de sous bandes fr quentielles non vides et on conseille d utiliser un nombre de processeurs multiple du nombre de sous bandes non vides par exemple s il y a 5 sous bandes non vides utiliser 10 ou 15 ou processeurs ASTK version 1 12 1 poutre astk modifi home brie modal_dev 19145_docU_simple Eichier Configuration Qutils Options pene rss SR Rex M noire to
11. y a acc s en imprimant le contenu de la structure de donn e avec l op rateur IMPR RESU au FORMAT RESULTAT avec l option TOUT PARA OUI 5 Post traitements des modes propres 5 1 Visualisation Les d form es modales calcul es par l une des m thodes d crites pr c demment peuvent tre export es dans diff rents formats afin d tre visualis es dans des plates formes de calcul m canique format MED pour la plate forme Salom format UNV L utilisateur peut ainsi caract riser graphiquement les modes calcul s mode de flexion mode dans un plan donn mode local etc Exemple impression au format MED modes calcul par l une des m thodes pr c demment d crites IMPR RESU FORMAT MED RESU F RESULTAT modes On peut alors ouvrir le fichier cr dans la plateforme Salome pour visualiser la d form e modale l animer Manuel d utilisation Fascicule u2 06 Dynamique Copyright 2015 EDF R amp D Document diffus sous licence GNU FDL http www gnu org copyleft fal html Code Aster default Titre Mise en uvre d un calcul de modes propres d une sl Date 14 05 2013 Page 17 18 Responsable Nicolas BRIE Cl U2 06 01 R vision 11026 modes_DEPL 1 52 2037 DY 1 0 8 Figure 5 1 a Visualisation d un mode dans Salom module ParaVis ici le mode de flexion d ordre 2 d une poutre
12. 2 06 01 R vision 11026 Rappels formulation du probl me On consid re une structure m canique repr sent e dans le cadre d une mod lisation par l ments finis par ses matrices de raideur K de masse M et ventuellement d amortissement C L quation r gissant l volution de la structure s crit M Ci Kx 0 On veut caract riser les vibrations libres de la structure m canique d finies par des fr quences propres f w pulsation propre du mode n et les d form es modales x associ es et 2T les amortissements modaux C sile mod le contient de l amortissement En l absence d amortissement cas le plus simple et le plus fr quent le calcul modal consiste trouver les couples w x tels que K u M x Mise en donn e du probl me La mise en donn e pour un calcul de modes propres de vibrations est classique et commune la plupart des calculs de m canique dans Code Aster e lecture du maillage op rateur LIRE MAILLAGE e affectation des caract ristiques du mod le mod le de type poutre ou 3D ou 7 AFFE MODELE e d finition et affectation des mat riaux DEFI MATERIAU et AFFE MATERIAU et ou affectation des caract ristiques des l ments de structure AFFE CARA ELEM e imposition ventuelle de conditions aux limites tape absente si la structure est compl tement libre La particularit du calcul modal dans Code Aster actuellement est qu il faut en g n ral q
13. Code Aster oh default Titre Mise en uvre d un calcul de modes propres d une s Date 14 05 2013 Page 1 18 Responsable Nicolas BRIE Cl U2 06 01 R vision 11026 Mise en uvre d un calcul de modes propres d une structure R sum Ce document pr sente une vue globale des diff rentes approches disponibles dans Code_Aster pour calculer les modes propres de vibration d une structure m canique Ces approches sont d crites en partant de la plus simple mettre en uvre pour des tudes standard et en allant progressivement vers des mises en uvre plus labor es pour des tudes avanc es On pr sente les encha nements n cessaires des op rateurs de Code Aster sans entrer dans le d tail de chaque op rateur Manuel d utilisation Fascicule u2 06 Dynamique Copyright 2015 EDF R amp D Document diffus sous licence GNU FDL http www gnu org copylett fdl html Code Aster Version default Titre Mise en uvre d un calcul de modes propres d une sf Date 14 05 2013 Page 2 18 Responsable Nicolas BRIE Cl U2 06 01 R vision 11026 Table des Mati res 1 Rappels formulation d pro BIS sind uen ou de meta 2 dO enr 2h dune em abat era tente 3 2 Mis emn donn e du proble eanais aniani aaraa iaaa aiii 3 3 2 Fonctionnalit s plus avanc es via un calcul pr alable des matrices assembl es 5 3 2 1 Encha nement des co
14. DE _ MECA et du solveur lin aire pour tous les op rateurs modaux utiliser le solveur lin aire MUMPS mot cl facteur SOLVEUR op rande METHODE MUMPS on recommande galement de param trer les op randes RENUM QAMD t GESTION MEMOIRE IN CORE Exemple identique au paragraphe 3 2 4 1 en parall lisant la fois les calculs sur les sous bandes et le solveur lin aire modes MACRO MODE MECA MATR RIGI matr k CALC FREQ F FREQ 20 100 200 300 QAMD ESTION MEMOIRE Remarque Pour des performances optimales il est conseill d avoir des sous bandes les plus quilibr es possibles i e avec un nombre de modes recherch s par sous bande relativement uniforme La mise en uvre du parall lisme est pr sent e de mani re plus d taill e dans la documentation g n rique U2 08 06 et les documentations d utilisation de INFO MODE U4 52 01 et de MACRO MODE MECA U4 52 021 R duction de mod le calcul par sous structuration Lorsque le mod le num rique comporte un nombre lev de degr s de libert ou que la structure tudi e est un assemblage de composants maill s s par ment on peut utiliser des m thodes de r duction de mod le par sous structuration qui reposent sur un partitionnement g om trique de la s
15. IGI complexe ou probl me modal g n ralis avec matrice s non sym trique s ou probl me modal quadratique pr ence du mot cl MATR AMOR En outre la structure de donn es informatique produite lors d un calcul modal peut contenir les param tres suivants Manuel d utilisation Fascicule u2 06 Dynamique Copyright 2015 EDF R amp D Document diffus sous licence GNU FDL http www gnu org copyleft fdl html Code Aster default Titre Mise en uvre d un calcul de modes propres d une s Date 14 05 2013 Page 16 18 Responsable Nicolas BRIE Cl U2 06 01 R vision 11026 Intitul du param tre dans Code Aster D finition FREQ Fr quence propre amortie le cas ch ant AMOR GENE Amortissement modal g n ralis AMOR REDUIT Amortissement modal r duit FACT PARTICI D xouYouz Facteur de participation du mode dans la direction D MASS EFFE D X ou Y ou Z Masse modale effective dans la direction D MASS EFFE UN D xouYouzZ Masse modale effective unitaire dans la direction D MASS GENE Masse g n ralis e du mode OMEGA 2 Pulsation propre amortie le cas ch ant au carr RIGI GENE Raideur g n ralis e du mode Tableau 4 1 liste des param tres modaux Ces param tres sont d finis math matiquement dans la documentation de r f rence R5 01 03 L utilisateur
16. NSEN ar NORME D ERR 1 824051 3 477861 9 836251 4 316921 E 07 EUR 07 09 11 11 NUMI RO FREQUENC 4 656611 2 918271 8 17182 1 601711 EUR MOYENN ar ry E ne F E oO e Ea El Hi 4 amp ND EH 0 465061 NORM Re VERIFICATION A POSTI ES MODE ERIORI D 160571 je ERVALLE 4 64496 DANS L INT E 01 E 03 Manuel d utilisation Fascicule u2 06 Dynamique Copyright 2015 EDF R amp D Document diffus sous licence GNU FDL http www gnu org copyleft dl html Code Ast a ode _ASier default Titre Mise en uvre d un calcul de modes propres d une sf Date 14 05 2013 Page 10 18 Responsable Nicolas BRIE Cl U2 06 01 R vision 11026 IL Y A BIJ EQUENC E S mode2 MODE F IT On peut alors affiner par exemple les deux premiers modes propres en lan ant le second calcul partir des fr quences propres pr c demment calcul es Remarque mode2 f estimation MODE r cup ration de la la liste des variable Python f estimat tion MODE1 LIST_VARI_ACCES FREQ E ITER_INV MATR_RIGI k asse MATR_MASS m asse CALC F
17. REQ F OPTION PROCH FREQ f estima 3 2 4 Optimisation des performances CPU 7 3 2 4 1 D coupage de la bande fr quentielle de recherche _ITER INV MATR RIGI k asse MATR MASS m asse CALC FREQ F OPTION PROCHE FREQ 46 6 291 8 ce qui donne CALCUL MODAL METHODE D ITERATION INVERSE INVERSE NUMERO FR QUENCE HZ AMORTISSEMENT NB ITER PRECISION NORME D ERREUR 1 4 65661E 01 0 00000E 00 3 3 33067E 16 3 99228E 08 2 2 91827E 02 0 00000E 00 3 2 22045E 16 1 23003E 09 On observe que la norme d erreur est l g rement am lior e certes faiblement mais il s agit ici d un cas tr s simple On peut aussi automatiser la r cup ration des fr quences propres issues de la premi re estimation pour alimenter le second calcul gr ce au langage Python fr quences propres estim es dans la Si on recherche beaucoup de modes propres soit car la bande de recherche est tr s large soit car la densit modale est forte les performances du calcul modal seront meilleures en d coupant la bande de recherche globale Far el en plusieurs n sous bandes Faa Cela est fait gr ce l op rateur MACRO MOD fa nax j fr quentiel l utilisateur INFO MODI avec le mot cl FRI EQ fmin f2 fn fmax peut s appuyer sur le comptage a priori des fr quences propres fourni par l op rateur E qui peut lui aussi fonctionner par sous bandes F M
18. ces assembl es leur projection sur une base modale fournit les matrices g n ralis es utilisables pour un calcul dynamique avec des performances CPU bien meilleures que l utilisation directe des matrices assembl es Cette m thode de r duction de mod le est d crite dans les documentations de r f rence R5 06 01 et d utilisation U2 06 04 Am liorer la qualit des modes propres On attire l attention sur le fait que la qualit d un calcul modal d pend avant tout de la qualit des donn es d entr e et de la mod lisation physique On peut notamment citer e le choix des conditions aux limites sont elles repr sentative de la r alit Leur influence est forte sur le r sultat du calcul e la finesse du maillage une tude de convergence du maillage est n cessaire comme pour toute tude num rique e le choix de la mod lisation par l ments de structure poutre coque ou en 3D Par exemple pour une structure lanc e une mod lisation en poutre sera g n ralement meilleure qu une mod lisation 3D m me avec une bonne finesse de maillage Si les donn es d entr e et la mod lisation sont fig es il est possible d am liorer la qualit informatique du r sultat Pour cela un premier calcul par la m thode de sous espace op rateur MODE ITER SIMULT donne une premi re estimation des modes propres fr quences propres d form es modales d une structure Cette premi re estimation est g n
19. de pr contraintes conditions aux limites non nulles chargements ext rieurs statiques n cessite de calculer les matrices assembl es de rigidit m canique et g om trique On peut alors les combiner pour former la matrice assembl e de rigidit totale qui est celle utilis e pour le calcul modal L encha nement des op rateurs est le suivant dans un cas relativement simple de chargement ext rieur statique e d finition du chargement ext rieur op rateur AFFE CHAR MECA avec par exemple le mot cl FORCE NODALE e calcul du champ de contraintes associ ce chargement op rateur MECA STATIQUE ou STAT NON LINE o MACRO ELAS MULT pour calculer la r ponse statique puis CREA CHAMP avec le mot cl OPERATION EXTR pour r cup rer le champ de contraintes e calcul des matrices assembl es de rigidit m canique rigidit g om trique associ e au champ de contrainte et de masse ASSEMBLAGE e combinaison des matrices de rigidit m canique et rigidit g om trique pour former la matrice de rigidit totale COMB MATR ASSE Manuel d utilisation Fascicule u2 06 Dynamique Copyright 2015 EDF R amp D Document diffus sous licence GNU FDL http www gnu org copylett fdl html Code Aster default Titre Mise en uvre d un calcul de modes propres d une sf Date 14 05 2013 Page 8 18 Responsable Nicolas BRIE Cl U2 06 01 R vision 11026
20. e modes propres d une s Date 14 05 2013 Page 7 18 Responsable Nicolas BRIE Cl U2 06 01 R vision 11026 3 2 2 Utilit d un calcul interm diaire des matrices assembl es quelques exemples 3 2 2 1 Comptage pr alable des fr quences propres Avant le calcul proprement dit des modes propres il est fortement recommand de r aliser un comptage des modes propres contenus dans une ou des bandes de fr quences donn es dans le cas standard de modes r els si les modes calculer sont complexes il s agira d un comptage autour d un point du plan complexe Ce comptage est beaucoup plus rapide que le calcul proprement parler des modes propres Le comptage des modes propres est r alis par l op rateur INFO MODE La connaissance a priori du nombre de fr quences propres contenues dans la bande recherche a une double utilit de v rification et d optimisation des performances CPU du calcul modal e v rification on peut v rifier que le nombre de modes propres calcul es par le solveur modal est effectivement gal au nombre de modes propres compt a priori e optimisation CPU si le nombre de fr quences propres compt es sur la bande fr quentielle de recherche est trop lev un seuil compris entre 50 et 80 est couramment constat l utilisateur pourra d couper sa bande de recherche en plusieurs sous bandes gr ce l op rateur MACRO MODE MECA cf paragraphe 3 2 4 1 Dans une premi re a
21. ffus sous licence GNU FDL http www gnu org copyleft fal html
22. html Code Ast Sa ode _ASier default Titre Mise en uvre d un calcul de modes propres d une sf Date 14 05 2013 Page 18 18 Responsable Nicolas BRIE Cl U2 06 01 R vision 11026 Dans la perspective d un calcul de r ponse transitoire par exemple l utilisateur peut choisir de conserver dans sa base modale de projection seulement certains modes jug s importants dans la r ponse dynamique ou remplissant un crit re donn Cela est fait gr ce l op rateur EXTR MODE U4 52 12 qui permet de filtrer les modes selon diff rentes options partir de leur num ro dans le spectre global de leur masse g n ralis e etc Exemple limination des modes dont la masse effective unitaire dans la direction DX est inf rieure 5 et affichage dans le fichier RESULTAT du cumul des masses effectives unitaires des modes conserv s modes calcul par l une des m thodes pr c demment d crites modes f EXTR MODE FILTRE MODE F MODE modes CRIT EXTR MASS EFFE UN SEUIL X 0 05 IMPRESSION F CRIT_EXTR MASS EFFE UN CUMUL OUI Remarque si l utilisateur calcule les modes avec l op rateur MACRO MODE MECA il peut r aliser ce filtre directement l int rieur de cet op rateur avec le mot cl facteur FILTRE MODE Manuel d utilisation Fascicule u2 06 Dynamique Copyright 2015 EDF R amp D Document di
23. mmandes Code_Aster 5 3 2 2 Utilit d un calcul interm diaire des matrices assembl es quelques exemples 6 3 2 2 1 Comptage pr alable des fr quences propres 7 3 2 2 2 Structures avec amortissement hyst r tique us 7 3 2 2 3 Prise e compte de Br cONtrAINteS stars aueourbenderemeennednetentainnsnnednte T 3 2 2 5 Utilisation des modes pour un calcul dynamique sur base modale 8 3 2 3 Am liorer la qualit des modes propres 8 3 24 Optimisation des p ronmances CRU nette ssatasanmusnnnanmnannndteaantents 10 3 2 4 1 D coupage de la bande fr quentielle de recherche 10 324 2 Paralelisme iana a aada eaaa a trente teca ces 11 3 2 4 3 R duction de mod le calcul par sous structuration 13 4 Param tres contenus dans un r sultat de calcul modal 13 LE MA SaS ANO Mena PU 16 5 2 Normalisation des Modes 2 00 ana 2 20 cnoen eo 17 5 3 Filtrage des modes selon un crit re 8 hutian dre hnonntee keanaan aiani enmede tele lan 17 Manuel d utilisation Copyright 2015 EDF R amp D Document diffus sous licence GNU FDL http www gnu org copyleft fdl html Fascicule u2 06 Dynamique Code Aster ut Titre Mise en uvre d un calcul de modes propres d une sf Date 14 05 2013 Page 3 18 Responsable Nicolas BRIE Cl U
24. orsque les sous bandes sont trait es s quentiellement ce qui est le cas par d faut La mise en uvre du parall lisme cf paragraphe suivant permet d am liorer encore plus les performances e Pour des performances optimales il est conseill d avoir des sous bandes les plus quilibr es possibles soit avec un nombre de modes recherch s par sous bande relativement uniforme 3 2 4 2 Parall lisme Pour le calcul modal le parall lisme peut tre mis en uvre deux niveaux e parall lisation des calculs modaux men s sur chaque sous bande dans les op rateurs INFO MODE et MACRO MODE MECA Manuel d utilisation Fascicule u2 06 Dynamique Copyright 2015 EDF R amp D Document diffus sous licence GNU FDL http www gnu org copyleft dl html Code Aster default Titre Mise en uvre d un calcul de modes propres d une sf Date 14 05 2013 Page 12 18 Responsable Nicolas BRIE Cl U2 06 01 R vision 11026 Da e parall lisme au niveau du solveur lin aire MUMPS dans les op rateurs INFO MODI MODE_ITER_SIMULT MODE_ITER_INV et MACRO_MODE_MECA T T Pour mettre en uvre le parall lisme il faut e disposer d une version de Code_Aster construite avec un compilateur parall le par exemple OpenMPI Sur le serveur centralis Aster4 des versions parall les existent d j STAXX_impi e __ s lectionner dans ASTK une version parall
25. pproche l utilisateur peut se contenter de renseigner e dans le cas standard de modes r els les matrices de la structure avec les mot cl s MATR ainsi que sa ses bande s de recherche avec le mot cl FREQ e dans le cas de modes complexes par exemple structures avec amortissement il faut pr ciser TYPE MODE COMPLEXE et renseigner le disque de recherche dans le plan complexe par RAYON CONTOUR et ventuellement CENTRE CONTOUR la place de FREQ 3 2 2 2 Structures avec amortissement hyst r tique L op rateur simple CALC MODAL ne permet pas de calculer les modes propres d une structure avec amortissement hyst r tique Il faut donc calculer explicitement la matrice assembl e de rigidit totale incluant la contribution hyst r tique matrice complexe L encha nement des op rateurs est le suivant e calcul des matrices assembl es de rigidit totale rigidit classique rigidit hyst r tique et de masse ASSEMBLAGE avec les options RIGI MECA HYST et MASS MECA respectivement e calcul modal avec comme entr e la matrice de rigidit totale complexe et la matrice de masse MODE ITER SIMULT OU MODE ITER INV On se reportera la documentation U2 06 03 pour plus d informations sur la prise en compte de l amortissement hyst r tique dans Code Aster 3 2 2 3 Prise en compte de pr contraintes La prise en compte
26. rateur r alise le calcul des modes propres directement partir des donn es d entr e du probl me m canique en r alisant de mani re transparente pour l utilisateur le calcul des matrices assembl es repr sentant la structure Pour un premier calcul on conseille de laisser les param tres par d faut de l algorithme de r solution et de v rification des r sultats l utilisateur doit seulement renseigner sa zone de recherche des fr quences propres gr ce au mot cl facteur CALC FREQ donn es d entr e r CALC MODAL mot cl facteur Calcul des CALC_FREQ modes propres Figure 3 1 a Calcul des modes propres par la proc dure la plus simple Exemple calcul du mode propre le plus proche de 50 Hz modes CALC MODAL MODELE modele CHAM MATER ch mat CARA ELEM cara el CHARGE c limite CALC FREQ F OPTION CENTRE FREQ 50 NMAX FREQ 1 Remarque L op rateur CALC MODAL permet aussi de traiter des structures avec amortissement visqueux Il faut pour cela renseigner le mot cl facteur AMORTISSEMENT 0UI Fonctionnalit s plus avanc es via un calcul pr alable des matrices assembl es L op rateur CALC_MODAL est en r alit une macro commande qui encha ne certaines commandes l mentaires de mani re pr d finie Son champ d application est donc n cessairement limit des tudes relativement simples Pour des tudes
27. tale Mo T dbg jeveux E dont Aster Mo 4 Temps himis 5 00 Frep_outils Chemin de base hone brie noda Frep_dex 3 Machine ex c frontali d TF rep mat F Type Serveur ORBlnitRef ue DRE Version STA11_impi mail Local poutre E oF d a i v batch comm Local poutre E iF aa E interactif mess _ Local poutre Mbmaxnock 5 L 6a m 1 x M suivi interactif resu Local poutre CPresck RESNOOK 804 7 a med Local poutre nee oara nodebug acntps v debug corefilesize unlimited FAN Options de lancement VF Lancer run Suivi des jobs cla depart after_job distrib exectool multiple Manu Arguments Copy Active Desactive le mode debug jeveux Figure 3 2 4 2 b D claration dans ASTK du nombre de processeurs et n uds de calcul exploiter Won nique Code Aster default Titre Mise en uvre d un calcul de modes propres d une s Date 14 05 2013 Page 13 18 Responsable Nicolas BRIE Cl U2 06 01 R vision 11026 3 2 4 3 e Dans le fichier de commande Code Aster e pour utiliser le mode basique avec INFO MODE ou MACRO MODE MECA parall lisation des sous bandes uniquement il ny a rien faire les mot cl s par d faut activent la parall lisation des sous bandes e pour utiliser le mode avanc parall lisation des sous bandes pour INFO MODE et MACRO MO
28. tructure globale Sur des grands mod les ces m thodes pr sentent de meilleures performances CPU qu un calcul direct Sous structuration dynamique Cette m thode a un champ d application tr s g n ral La documentation U2 07 05 d taille sa mise en uvre Sous structuration cyclique Cette m thode a un champ d application beaucoup plus restrictif que la pr c dente elle permet de traiter uniquement des structures r p titivit cyclique par exemple roue aubag e Le cas test SDLV301 donne un exemple de mise en uvre Param tres contenus dans un r sultat de calcul modal L ex cution de l un des op rateurs de calcul modal s accompagne de l impression automatique de certains param tres dans le fichier RESULTAT LE NOMBRE DE DDL Manuel d utilisation Fascicule u2 06 Dynamique Copyright 2015 EDF R amp D Document diffus sous licence GNU FDL http www gnu org copylett fdl html Code Aster default Titre Mise en uvre d un calcul de modes propres d une sf Date 14 05 2013 Page 14 18 Responsable Nicolas BRIE Cl U2 06 01 R vision 11026 TOTAL EST 234 DE LAGRANGE EST 120 E NOMBRE DE DDL ACTIFS EST 54 L OPTION CHOISIE EST CENTRE VALEUR DE DECALAGE EN FREQUENCE EST 5 00000E 01
29. ue les conditions aux limites de d placement s il y en a soient impos es par dualisation AFFE CHAR MECA mot cl facteur DDL IMPO le plus courant ou FACE IMPO ou ARETE IMPO plut t que par des charges cin matiques AFFE CHAR CINE La Figure 2 a sch matise la mise en donn e d un probl me de calcul modal Manuel d utilisation Fascicule u2 06 Dynamique Copyright 2015 EDF R amp D Document diffus sous licence GNU FDL http www gnu org copylett fdl html Code Aster Ps default Titre Mise en uvre d un calcul de modes propres d une s Date 14 05 2013 Page 4 18 Responsable Nicolas BRIE Cl U2 06 01 R vision 11026 LIRE MAILLAGE Lecture du maillage Caract ristiques du mod le 3D poutre et ou DEFI MATERIAU i Be Caract ristiques mat riaux AFFE CARA ELEM des l ments de structure et ou Conditions aux limites de d placement par raideurs discr tes tape absente si structure libre Y Figure 2 a Mise en donn e d un probl me de calcul modal Remarques e Pour un calcul modal aucune excitation n est n cessaire sauf si on veut prendre en compte l effet de raideur g om trique apport par un chargement statique tude avanc e Le cas
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