sábado, 26 de marzo de 2016

Análisis numérico estructural (FEM) de Código Abierto - CODE_ASTER

A lo largo de varias entradas veremos resumidamente los principales programas para cálculo numérico estructural por el método de elementos finitos (FEM) de código abierto.
El objetivo es ver las posibilidades, ventajas y desventajas de cada opción disponible en el mundo de software libre.
En esta entrada veremos una de las alternativas mas completa llamada Code_Aster.

 

 

¿Que es Code_Aster?

 

Code-Aster es una aplicación de elementos finitos, desarrollado por la EDF (Électricité de France). 
Creado principalmente para el área de cálculos mecánicos,  cubre un gran número de aplicaciones como pueden ser análisis térmicos y mecánicos tanto lineales como no lineales, fatiga, análisis de fracturas, etc.
Para hacerse una idea de la validez de este software es necesario comentar que la mayoría de las aplicaciones de Code_Aster se han comprobado con métodos analíticos y experimentales, los cuales los podemos encontrar en la documentación oficial en la sección "Validation". De hecho, EDF lo ha aplicado al desarrollo de sus centrales nucleares (es el mayor productor de energía nuclear de Europa), por lo que este software cumple con los estándares de seguridad requeridos por la industria nuclear.



Canales de información oficial

 

A continuación los canales oficiales de información:
Code_Aster solo esta disponible para Linux.

La ultima versión estable hasta el día de la fecha es la 12.5.

Cálculos posibles

 

Son variados los tipos de cálculos que podremos realizar con esta herramienta, que pueden ser lineales y no lineales, estáticos o dinámicos, estacionarios o transitorios. Entre los problemas típicos que podemos resolver con este software se encuentran son los siguientes
  • Análisis estructurales estático.
  • Medios porosos  (concreto) 
  • Análisis modal.
  • Análisis de fracturas.
  • Análisis de fatiga.
  • Transferencia de calor estacionario y transitorio.
  • Acoplado Térmico Estructural. 
  • Interacción fluido-estructura.
  • Análisis Acústicos.
  • Análisis de Metalurgia.
  • Análisis dinámicos estructurales.
  • Otros.  
Para conocer todos los solvers disponible en Code Aster (en su versión 12.5) pueden ir al broucher o a la documentación oficial del programa.

Tipos de Análisis disponibles en Code_Aster
 

Interfaz (Salome-Meca)

 

Code_Aster ofrece una versión modificada de SALOME a la cual le incluye distintas herramientas para poder trabajar con este solver FEM, y se llama Salome-Meca. Incluye no solo el solver, si no también herramientas para trabajar con Code-Aster como Eficas-CodeAster con el que podemos escribir nuestros casos FEM mediante una interfaz gráfica la cual nos da acceso a todos los comandos posibles y evalúa los pasos necesarios para cumplir con dada comando; ASTK con el que podemos manejar y configurar las simulaciones que realizaremos; y unos plugins para distintos análisis con los cuales podemos crear nuestros análisis de manera muy sencilla.




Las herramientas Eficas-CodeAster y ASTK también las podemos descargar y utilizar independientemente de Salome-Meca.

Compatibilidad con otros programas de código abierto

 

Salome-platform

Como vimos anteriormente Code_Aster ofrece una versión de Salome con herramientas extras para  utilizarlo en conjunto con el solver. Pero también podemos utilizar solamente la plataforma Salome, para explorar las nuevas características de las versiones mas nuevas, ya que, como es lógico, primero sale una versión nueva de Salome antes que una nueva de Salome-Meca.
Podemos utilizar la plataforma para crear la geometría, el mallado y sus grupos, y post-procesar los resultados.

Gmsh

Gmsh es una herramienta de código abierto para crear mallados a partir de una geometría. Puede crear geometría a través de una archivo de texto plano con su propio lenguaje de programación e importar varios formatos típicos. A partir de la geometría (creada o importada) puede crear distintos mallados con una gran cantidad de opciones disponibles y también puede usarse como post-procesador de resultados. Es una herramienta muy útil para utilizarse junto a varios solver FEM y CFD.



Podemos utilizar Gmsh para crear la geometría, el mallado y sus grupos, y post-procesar los resultados.

Integración en herramientas comerciales

 

FEMAP

FEMAP es una plataforma de pre y post-procesamiento para análisis FEM creada por SIEMENS. La misma puede acoplarse con una gran variedad de solvers comerciales de código cerrado como NASTRAM, ANSYS y ADINA. La empresa SIGMEO ofrece una solución para integrar Code_Aster y Femap.





Simscale

SimScale es una plataforma de simulación de ingeniería en 3D basado en la nube que permite a cualquier persona, en el equipo de desarrollo de productos o de calculo, simular el comportamiento físico de sus productos dentro de un navegador web estándar, teniendo acceso a varios solver de código abierto, entre ellos como solver FEM alternativo a Code_Aster.

Tutoriales en la web

 

En la web existe una gran cantidad de tutoriales, a continuación dejo los links donde podemos encontrar algunos,

  • En la pagina de Code Aster podemos encontrar unas guías para poder empezar a entender y utilizar este programa. Esta dividido en distintos módulos como básico, avanzado, análisis dinámicos, etc. Code_Aster Training.
  • En la Wiki de CAELinux (una distribución Linux que ya viene con una gran cantidad de software, ya instalado y configurado, para usarse en ingeniería) podemos encontrar una gran cantidad de tutoriales de Code_Aster y sus herramientas. Hay que prestar atención a la versión del solver en cada tutorial ya que hay diferencias sustanciales entre las versiones antes de la numero 12 y las siguientes.
  • También podemos ver los video tutoriales de Salome-Meca o Code_Aster del canal de youtube de Calculix09.
  • En CloudPyme (Proyecto empresarial que pretende crear una infraestructura de supercomputación para mejorar la competitividad de las PYMEs en Europa) podemos encontrar las filminas del curso de Code_Aster que se dicto en el año 2015 (CloudPyme Filminas Curso).
  • El libro Beginning with Code_Aster escrito por Jean-Pierre Aubry, que lo podemos encontrar de forma libre en el siguiente enlace y que también los podemos comprar la versión impresa por 58 euros y apoyar a su escritor a escribir otros.
Algo bueno de Code_Aster es que se pueden encontrar varios cursos presenciales y online de este software, desde los oficiales por EDF o los cursos online en español de TechnicalCourses.



Usuarios

Uno de los principales usuarios de Code_Aster es la EDF, que es la principal empresa de generación y distribución eléctrica de Francia. También es la principal empresa detrás de Code_Aster. Utiliza este software para todos sus diseños e investigaciones, principalmente en el área de energía nuclear. Como por ejemplo los efectos estructurales en una válvula que es sometida a  gradientes termicos, haciendo pasar un fluido frío y luego uno caliente de manera sistemática (shock termico). El paper lo podemos encontrar en el siguiente enlace.



Code Aster creo una red (ProNet, Code_Aster Professional Network) que tiene como objetivo difundir y reconocer los beneficios del los programas de código abierto Salome-Meca y Code_Aster. La idea es hacer posible la conexión entre los usuarios dentro de la comunidad más allá de los intercambios técnicos y específicos del foro. En este red podemos ver la lista de los usuarios dentro de ella en el siguiente enlace.


Resumen y opinión personal


Code_Aster en mi opinión es el programa para cálculos estructurales mas completo en el mundo del software libre, puede resolver una gran cantidad de problemas, cuenta con una documentación muy completa que incluye una documentación clara sobre sus procesos de verificación y control de calidad, y cuenta con un constante desarrollo. Además cuenta con soporte oficial (incluido el ProNet del cual hablamos anteriormente) y existe una gran variedad de cursos para el entrenamiento en su uso.Su pagina oficial es bastante completa, y cuenta con un con un foro oficial muy activo.
Como negativo, además de solo estar disponible para sistemas operativos Linux, podemos mencionar que su lenguaje de programación no es muy sencillo debido a que la mayoría de los comandos se encuentran en francés y que su estructura tiene cierta complejidad con respecto a otros softwares. Por otro lado su lenguaje permite el uso del lenguaje python lo que nos es muy útil para automatizar procesos de escritura del archivo comando.



Bonus track: En el siguiente enlace podemos ver los videos estilo documentales sobre los 20 y 25 años de Code_Aster.

Espero que les haya interesado esta entrada y no duden en comentar cualquier duda al respecto.