Aprendiendo ANSYS- Aplicar fuerzas y presiones – F-SF-SFE

En la clase “Aprendiendo ANSYS- Aplicar Peso Propio” aprendimos como aplicar el peso propio a nuestra estructura. El objetivo de esta clase es aprender cómo aplicar tanto fuerzas como presiones en nuestro modelo. Para ello aprenderemos a usar los comandos F, SF y SFE aprendiendo a la vez la diferencia entre SF y SFE (recordamos que en la clase “Aprendiendo ANSYS-Crear combinaciones” aprendimos a realizar combinaciones de varias cargas). Vemos para que sirve cada uno de los comandos y como se usan:

·         F: Sirve para aplicar fuerzas directamente sobre los nodos. Hay varias formas de poder usar este comando pero nosotros recomendamos que seleccionéis los nodos donde queréis aplicar la fuerza y uséis la siguiente sintaxis: F, ALL, Lab, VALUE. LAB es la fuerza/momento que queréis aplicar (FX, FY, FZ, MX, MY, MZ – En ejes nodales) y VALUE es el valor de la fuerza/momento. IMPORTANTE: El mismo nodo no puede tener aplicadas varias fuerzas con el mismo Lab. Si hiciéramos esto la segunda carga reemplazaría la primera. Sin embargo, sí podemos aplicar al mismo nodo varias fuerzas con LAB distintos. En los ejemplos de abajo vemos como se aplica este comando.

·         SF y SFE: Con SF aplicamos presiones en nuestro modelo definiendo las áreas de aplicación mediante los nodos y los elementos. Con SFE, a diferencia de SF, esta presión se define directamente sobre los elementos sin necesidad de tener nodos seleccionados. Ambos comandos pueden dar el mismo resultado si lo aplicamos a los mismos nodos y mismos elementos. Para elementos Shell nosotros recomendamos usar SFE dado a que es mucho más sencillo y hay menos posibilidad de error. Estos comandos no se pueden usar para vigas, debemos utilizar SFBEAM, que veremos en otra clase. El comando SF es útil para elementos SOLID ya que al créalos puede que no todos los elementos tengan sus caras orientadas de la misma manera, entonces con SFE estaríamos aplicando las presiones en caras distintas, sin embargo con el comando SF seleccionamos los nodos de todos los elementos SOLID que forman una cara y aplicamos la presión sobre la cara completa.

Ejemplo de código de ANSYS

Ejemplo 1: Usar el comando F.  Para este ejemplo supondremos que ya tenemos creado un modelo y ya tenemos seleccionados los nodos donde queremos aplicar las fuerzas

F,all,FX,50 !Esta línea aplica a los nodos seleccionados una fuerza de 50N en dirección X según los ejes nodales

F,all,MX,60 !Esta línea aplica a los mismos nodos seleccionados un momento MX según los ejes nodales de 50N.m

F,all,FX,3000 !Esta línea aplica a los mismos nodos seleccionados una fuerza FX según los ejes nodales de 3000N. La fuerza de 50N aplicada en la línea anterior ha sido reemplazada, las fuerzas no se suman

!Al final de este ejemplo los nodos tendrán una FX=3000N y un MX=50N.m. Vemos que la fuerza de 50N ha sido reemplazada.

Ejemplo 2: Usar el comando SFE.  Para este ejemplo supondremos que ya tenemos creado un modelo y ya tenemos seleccionados los elementos donde queremos aplicar la presión

SFE,all,1,PRES,0,10 !Con esta línea vamos a aplicar a los elementos Shell seleccionados (parámetro ALL hace referencia a todos los elementos seleccionados) una presión (PRES) sobre la cara 1 (ver imagen siguiente para los valores de las caras) de valor 10N/m²

 ! IMPORTANTE: Cuando aplicamos SFE en elementos shell en cualquiera de las caras laterales (3,4,5 o 6) la fuerza total que aplica NO es (longitud de la cara) x (espesor del elemento) x (Presión). Lo que hace es considerar un ancho de 1m y aplica una fuerza igual a (longitud de la cara) x (1m) x (Presión). Y esta fuerza la reparte de forma NO UNIFORME entre los 4 nodos del elemento, NO ENTRE LOS 2 NODOS DE LA CARA. CONCLUSIÓN: Usadlo solo en las caras 1 y 2 (positivo y negativo) buscando aplicar una presión perpendicular al plano del elemento shell

La siguiente imagen muestra el resultado de este código:

Ejemplo en interfaz gráfica

Ejemplo 1: Usar el comando F.

1.      Entramos en “Solution” que es donde encontraremos todo lo relacionado con cargas y condiciones de contorno

2.      Entramos en Define Loads para abrir el apartado de las cargas y luego en Apply

3.      Pinchamos en Structural que es donde encontraremos fuerzas/momentos

4.       Abrimos el apartado de Force/Moment

5.      Pinchamos en On nodes ya que queremos aplicarla en los nodos seleccionados

6.      Pinchamos los nodos donde queremos aplicar la fuerza y pinchamos en OK para abrir una nueva ventana

7.      Seleccionamos que tipo de fuerza/momento queremos. En nuestro caso hemos seleccionado Fx. Elegimos que sea un valor constante e introducimos el valor de la fuerza

8.      Pinchamos en OK para aplicarla

Ejemplo 2: Usar el comando SFE

1.      Mismos pasos que en el ejemplo 1- Solution -> Define loads -> Appy -> Structural

2.      Entramos en Pressure y dentro en On elements

3.      Pinchamos los elementos donde queremos aplicar la presión y pinchamos en OK para abrir una nueva ventana

4.      Aquí podemos elegir si aplicamos la presión de forma constante a todos los elementos, es decir, todos los elementos con la misma presión, o lo definimos usando una tabla con diferentes presiones aplicadas a cada elemento. En esta clase usaremos valores constantes

5.      Elegimos la cara donde aplicar nuestra presión. Como hemos explicado arriba, recomendamos usar este comando para las caras 1 y 2 ya que en el resto de caras podría no dar el resultado deseado

6.       Aquí escogemos si aplicamos la misma presión en todo el elemento o una presión variable en el elemento definiendo la presión en los nodos. Queremos aplicar la misma presión de 10N.m en todo el elemento por lo que dejamos en blanco los valores VAL2, VAL3 y VAL4

7.      Pinchamos en OK para aplicar la presión

El resultado de este ejemplo es la carga aplicada como se muestra en la siguiente imagen. Se ve una flecha aplicada en el centro del elemento que nos indica que hay una presión en el elemento