Postprocesado y validación

En M06 demostramos que la viga estaba equilibrada. Eso todavía no responde la pregunta más importante: ¿representa correctamente la estructura que pretendíamos estudiar? En M07 convertiremos campos de colores en magnitudes comparables y decisiones verificables.

Objetivos

Al completar M07 podrás:

• Distinguir visualización, extracción y validación.
• Seleccionar conscientemente el set y sistema de resultados.
• Extraer resultados mediante *GET sin depender de IDs.
• Representar una sección mediante un promedio y una dispersión.
• Comparar la flecha FEA con Euler–Bernoulli.
• Comparar S,X con la tensión normal de flexión.
• Distinguir resultados promediados y no promediados.
• Evitar que una singularidad gobierne una conclusión global.

Prerrequisitos y descargas

• M04: la malla de 40 elementos está convergida para desplazamiento de punta.
• M06: existe un set y el equilibrio de fuerzas y momentos está cerrado.
• M01: conocemos las expresiones analíticas de flecha y tensión nominal.

Cómo usar esta lección

Recomendación: distingue visualizar, extraer y validar. Un contorno razonable no sustituye una comparación con referencia analítica y tolerancia justificada.

Mapa de la sesión

Predicción — La simulación empieza antes del solver

Para la sección rectangular:

I = b·h³/12
I = 0.05·0.10³/12 = 4.16667E−6 m⁴

La flecha de Euler–Bernoulli en el extremo es:

uy_ref = F·L³/(3·E·I)
uy_ref = −3.80952E−4 m = −0.380952 mm

M07 usa KEYOPT(2)=3 y obtiene aproximadamente −3.79470E−4 m en el nodo de esquina. Antes de ejecutar M07 ya podemos predecir un error de flecha media del orden del 1 %, inferior al límite del 5 %.

Modelo mental — Una escalera, no un veredicto

Una solución terminada puede estar desequilibrada. Un modelo equilibrado puede depender de la malla. Una magnitud convergida puede corresponder a hipótesis físicas equivocadas. M07 no sustituye los peldaños anteriores: los incorpora como condiciones previas.

Tres verbos que no significan lo mismo

Visualizar

Reconocer forma deformada, zonas críticas, signos y discontinuidades.

Extraer

Convertir un resultado concreto en un parámetro reproducible.

Validar

Comparar ese parámetro con evidencia independiente y una tolerancia justificada.

PLNSOL ayuda a pensar, pero no genera por sí solo una prueba cuantitativa. *GET extrae un número, pero tampoco lo valida. La validación aparece al definir referencia, error y regla de decisión.

Activar el estado correcto

/POST1
*GET,n_sets,ACTIVE,0,SET,NSET

*IF,n_sets,GE,1,THEN
  SET,LAST
  solution_available=1
*ENDIF

RSYS,0

SET,LAST carga el último estado almacenado. RSYS,0 fija los resultados en coordenadas cartesianas globales. Esto importa especialmente para S,X: una componente sin sistema declarado es una descripción incompleta.

Primera inspección — La deformada

/GRAPHICS,POWER
PLDISP,2

Antes de mirar tensiones, comprueba que la deformada corresponde al mecanismo esperado: desplazamiento nulo en el apoyo, descenso de la punta y curvatura suave. Una forma inesperada debe investigarse antes de calcular porcentajes de error.

El factor gráfico puede exagerar la deformación. La forma escalada sirve para reconocer el patrón, no para medir visualmente la flecha.

Por qué un nodo no representa necesariamente una sección

M04 necesitaba una sonda idéntica entre mallas y utilizó el nodo geométrico (L,0,0). M07 formula una pregunta ligeramente distinta: ¿cuánto se traslada la sección extrema?

Para responder utilizaremos todos los nodos de tip_nodes y conservaremos el nodo de M04 como control secundario. Así evitamos convertir una esquina particular en una propiedad de toda la cara.

Extraer la flecha media

CMSEL,S,tip_nodes
node_id=0
uy_sum=0

*DO,j,1,n_tip
  node_id=NDNEXT(node_id)
  *GET,uy_node,NODE,node_id,U,Y
  uy_sum=uy_sum+uy_node
*ENDDO

uy_tip_avg=uy_sum/n_tip

El patrón es conocido: seleccionar → recorrer → leer → acumular. La diferencia es que *GET consulta ahora el set de resultados, no la geometría ni las cargas.

Promedio y dispersión cuentan historias distintas

Además del promedio conservamos:

uy_tip_min
uy_tip_max
uy_spread = uy_tip_max−uy_tip_min
uy_spread_ratio = |uy_spread|/|uy_tip_avg|

El promedio aproxima la traslación de la sección. La dispersión indica si la cara se mueve casi como una sección rígida o presenta alabeo y variaciones locales significativas. M07 exige una dispersión inferior al 1 %.

Trazabilidad con M04

NSEL,S,LOC,X,beam_l
NSEL,R,LOC,Y,0
NSEL,R,LOC,Z,0
*GET,corner_node,NODE,0,NUM,MIN
*GET,uy_tip_corner,NODE,corner_node,U,Y

El ID se descubre después de definir la posición física. Con KEYOPT(2)=3 el valor debe reproducir −3.79470E−4 m dentro del 0.1 %. Si no lo hace, M07 no está analizando el mismo modelo de validación.

La referencia no es la verdad absoluta

Euler–Bernoulli supone, entre otras cosas:

• material lineal, homogéneo e isótropo;
• deformaciones pequeñas;
• secciones planas que permanecen planas;
• deformación por cortante despreciable;
• carga y apoyo idealizados.

El sólido 3D no es idéntico a ese modelo unidimensional. Un error pequeño aporta evidencia de coherencia; una coincidencia perfecta tampoco demostraría que todas las hipótesis sean correctas.

Error de desplazamiento

inertia=beam_b*beam_h**3/12
uy_ref=tip_force*beam_l**3/(3*young*inertia)
uy_error=ABS(uy_tip_avg-uy_ref)/ABS(uy_ref)

La comparación conserva el signo en los valores originales y utiliza magnitudes únicamente en el denominador del error. La aceptación requiere uy_error<0.05.

Qué tensión debemos comparar

La teoría de flexión predice tensión normal longitudinal. Por tanto, la comparación correcta es con S,X, no con von Mises:

sigma_x = M(x)·y/I

S,EQV combina componentes mediante un criterio energético y es útil para otras decisiones, pero no representa la misma magnitud que la ecuación anterior.

No preguntar al empotramiento lo que ocurre en la viga

En el empotramiento imponemos desplazamiento cero a toda una cara. La transición entre esa idealización y el campo deformable genera concentraciones sensibles a la malla. Utilizar su máximo como única validación mezcla comportamiento nominal y perturbación local.

Referencia de tensión en la sección interior

x_section=0.2*beam_l
moment_section=ABS(tip_force)*(beam_l-x_section)
sigma_ref=moment_section*(beam_h/2)/inertia

Para el caso base:

M(0.2L) = 1000·(1−0.2) = 800 N·m
sigma_ref = 9.6 MPa

La sección está a dos cantos del empotramiento y también suficientemente alejada de la aplicación de carga.

Extraer las fibras superior e inferior

NSEL,S,LOC,X,x_section
NSEL,R,LOC,Y,beam_h
CM,stress_top_nodes,NODE

*GET,sx_node,NODE,node_id,S,X

La malla base contiene dos nodos a través del ancho en la fibra superior y dos en la inferior. Promediamos cada pareja por separado. Para una fuerza hacia −Y esperamos:

sx_top_avg > 0     ! tracción
sx_bottom_avg < 0  ! compresión

Magnitud y antisimetría

sigma_fea=(ABS(sx_top_avg)+ABS(sx_bottom_avg))/2
stress_error=ABS(sigma_fea-sigma_ref)/sigma_ref
stress_symmetry=ABS(ABS(sx_top_avg)-ABS(sx_bottom_avg))/sigma_ref

La primera métrica comprueba la magnitud nominal. La segunda comprueba que las fibras extremas desarrollan valores opuestos de magnitud similar, como predice la flexión pura. Los límites serán respectivamente 10 % y 5 %.

PLNSOL frente a PLESOL

PLNSOL,S,X
PLESOL,S,X

• PLNSOL representa valores nodales promediados entre elementos compatibles.
• PLESOL conserva los valores de cada elemento y deja visibles los saltos.

Un contorno más suave no es automáticamente más preciso. Comparar ambas vistas ayuda a detectar cuánto está ocultando el promediado.

Gráficos reproducibles con POST1

Los contornos en pantalla son útiles para inspección, pero una captura manual no es evidencia reproducible. Antes de plotear, activa el set correcto con SET,LAST y declara RSYS,0. Después redirige la salida gráfica con /SHOW,PNG (no /SHOW,nombre,PNG, que escribe raster ANSYS inválido como PNG):

/GFILE,1200
/DEVICE,VECTOR,1
/GRAPHICS,POWER
/SHOW,PNG
/TITLE,M07 - UY nodal (PLNSOL)
/AXLAB,X,X (m)
/AXLAB,Y,Y (m)
PLNSOL,U,Y
/SHOW,CLOSE

/GFILE fija la resolución; /TITLE y /AXLAB documentan qué estás representando; /SHOW,CLOSE cierra el dispositivo. MAPDL escribe Jobname000.png, Jobname001.png, etc.; renómbralos si necesitas nombres descriptivos. Repite el flujo para PLDISP, PLNSOL,S,X y PLESOL,S,X.

Interpreta la escala con cuidado: el factor de deformada de PLDISP exagera la forma; la leyenda de contornos puede ocultar saltos entre nodos y elementos; las unidades deben coincidir con /UNITS,SI. Un PNG bien rotulado ayuda a comunicar, pero no sustituye al CSV de validación.

La validación conserva el equilibrio

M07 vuelve a sumar reacciones y momentos. Si una modificación de postprocesado exige reconstruir o resolver el modelo, debemos demostrar que la condición de entrada de M06 continúa satisfecha:

force_error  < 0.005
moment_error < 0.005

La validación no reemplaza el equilibrio; se apoya en él.

Contrato de aceptación

El caso solo obtiene passes=1 cuando cumple simultáneamente:

• 126 nodos, 40 elementos, 6 nodos en la punta y un set.
• Error de flecha inferior al 5 %.
• Dispersión de la cara inferior al 1 %.
• Nodo de esquina coherente con M04 dentro del 0.1 %.
• Dos nodos superiores y dos inferiores en la sección.
• Signos de tensión correctos.
• Error de tensión inferior al 10 %.
• Asimetría de tensión inferior al 5 %.
• Errores de equilibrio inferiores al 0.5 %.

CSV — La historia completa de la comparación

El macro genera m07_validation_audit.csv:

case,beam_l,mesh_h,n_nodes,n_elements,n_sets,n_tip,
uy_tip_avg,uy_tip_corner,uy_tip_min,uy_tip_max,uy_spread,
uy_ref,uy_error,x_section,n_top_section,n_bottom_section,
sx_top_avg,sx_bottom_avg,sigma_fea,sigma_ref,
stress_error,stress_symmetry,force_error,moment_error,passes

El CSV conserva modelo, medida, referencia, error y decisión. Esto permite repetir la validación sin reconstruir una interpretación a partir de capturas.

Práctica guiada

1. Calcula manualmente I, uy_ref y sigma_ref.
2. Ejecuta el modelo hasta SOLVE y confirma el set.
3. Inspecciona la deformada antes de extraer resultados.
4. Calcula el promedio y dispersión de tip_nodes.
5. Reproduce la sonda de esquina de M04 geométricamente.
6. Extrae S,X superior e inferior en 0.2·L.
7. Compara PLNSOL y PLESOL.
8. Genera el CSV y justifica cada tolerancia.

Caza de errores — Cinco resultados convincentes

1. Set implícito: se consulta sin saber qué estado está activo.
2. ID fijo: se confunde identidad numérica con ubicación física.
3. Magnitudes distintas: se compara von Mises con tensión normal.
4. Máximo singular: el empotramiento gobierna toda la conclusión.
5. Transformación oculta: no se declara RSYS ni el promediado.

Para cada caso identifica el número que podría parecer razonable, la pregunta física que realmente responde y la evidencia que falta.

Reto — Duplicar la longitud

Mantén sección, material, fuerza y mesh_h=0.05 m, pero utiliza:

beam_l=2.0

La nueva topología será de 80 elementos y 246 nodos. La teoría predice:

uy_ref_2 = −3.04762E−3 m
uy_2/uy_1 = 8

x_section_2 = 0.4 m
sigma_ref_2 = 19.2 MPa
sigma_2/sigma_1 = 2

Ambas razones FEA deberán aproximarse a las predicciones dentro del 5 %, y los dos casos deberán seguir cumpliendo equilibrio.

Ampliación opcional — POST1 frente a POST26

Esta ampliación no forma parte del contrato de aprobación de M07. Sirve para distinguir dos preguntas distintas:

/POST1

Representa un campo espacial en un set concreto: deformada, contornos, listados puntuales.

/POST26

Representa una magnitud a través de varios sets: curvas carga–respuesta o historias temporales.

El script 07_graphics_post26.mac resuelve el mismo caso con rampa estática (KBC,0), NSUBST,10 y OUTRES,ALL,ALL. En este contexto TIME actúa como factor de carga normalizado, no como tiempo físico. M14 retomará /POST26 con historia temporal real.

Curva carga–respuesta con POST26

/POST26
NUMVAR,10
NSOL,2,corner_node,U,Y
XVAR,1
/AXLAB,X,Factor de carga (TIME)
/AXLAB,Y,UY en nodo de esquina (m)
/SHOW,PNG
PLVAR,2
/SHOW,CLOSE
PRVAR,1,2

NSOL define la variable; PLVAR dibuja la curva; PRVAR lista los puntos. Para que el gráfico no sea la única evidencia, el script también genera m07_load_response.csv recorriendo los sets en POST1:

substep,load_factor,uy_corner_m,uy_ratio_to_final

Predicción: al 50 % de carga, UY debería ser aproximadamente la mitad del valor final en un análisis lineal. El contrato de la ampliación exige un error de linealidad intermedio inferior al 2 %.

Reto de ampliación — Pendiente constante

Ejecuta 07_graphics_challenge.mac con cargas finales de −500 N y −1000 N. Comprueba que la pendiente UY/F permanece constante dentro del 2 %. El archivo m07_graphics_slope_audit.csv documenta ambos casos.

Autoevaluación

1. ¿Qué diferencia existe entre visualizar y validar?
2. ¿Por qué la flecha media es la métrica principal?
3. ¿Qué aporta conservar el nodo de M04?
4. ¿Por qué se fija RSYS,0?
5. ¿Por qué S,EQV no se compara con M·c/I?
6. ¿Qué diferencia existe entre PLNSOL y PLESOL?
7. ¿Qué pregunta responde POST1 y qué pregunta responde POST26?
8. ¿Qué significaría que la flecha converja pero la tensión interior no?

Evidencia de aprendizaje

• m07_validation_audit.csv con entradas, referencias y errores.
• Predicciones manuales de flecha y tensión.
• Comparación entre media de cara y nodo de esquina.
• Contornos PLNSOL y PLESOL de S,X.
• Diagnóstico de los cinco falsos procesos de validación.
• m07_scaling_audit.csv con las razones del reto.
• PNG de contornos y curva POST26 generados por 07_graphics_post26.mac.
• m07_load_response.csv y m07_graphics_slope_audit.csv (ampliación).

Checklist de salida

• ☐ Identifico y activo el set que analizo.
• ☐ Declaro el sistema de resultados.
• ☐ Inspecciono la deformada antes de tensiones.
• ☐ Mi sonda representa una región física, no un ID.
• ☐ Comparo magnitudes equivalentes.
• ☐ Evito el máximo singular del empotramiento.
• ☐ Declaro promediado, referencia y tolerancia.
• ☐ Conservo equilibrio y trazabilidad con módulos anteriores.
• ☐ (Opcional) Distingo POST1 de POST26 y exporto gráficos con metadatos.

Trazabilidad técnica

La lección utiliza Structural Analysis Guide para el postprocesado, Theory Reference para la interpretación de resultados, Element Reference para las salidas de SOLID185 y Command Reference 2024 R1 para /POST1, /POST26, SET, RSYS, /SHOW, /GFILE, /TITLE, /AXLAB, PLDISP, PLNSOL, PLESOL, PLVAR, PRVAR, NSOL, NUMVAR, PRNSOL, NDNEXT y *GET.