Aprendiendo ANSYS- Crear elementos Shell 181

En esta clase vamos a mostrar cómo crear en ANSYS un elemento del tipo Shell 181 y que parámetros tenemos que definir. El elemento Shell181 es un elemento de 4 nodos con 6 grados de libertad por nodo que se usa para estructuras delgadas o moderadamente gruesas. Tiene la opción de usarse solo con esfuerzos de membrana, en este caso tendría 3 grados de libertad por nodo (solo las translaciones). Usa la teoría de Mindlin-Reissner para el cortante (considera la deformación por cortante). En esta clase veremos los Shell181 “single layer”, es decir cuando están compuestos solo de un tipo de material. Ya aprendimos en “Aprendiendo ANSYS- Creando elementos Shell 43” como crear elementos Shell43 pero como dijimos, ese elemento está en desuso y no debe ser usado ya que ANSYS ya no le da soporte y recomienda usar el Shell181 que veremos en esta clase.

Los comandos principales a usar para este elemento son SECTYPE y SECDATA.  Para los elementos Shell181 estos dos comandos se definen de la siguiente manera:

-          SECTYPE, SECID, Type, Subtype, Name, REFINEKEY:

·         SECID: Un número para identificar esta sección. Solo puedo existir una sección para cada número de identificación.

·         Type: Para los elementos Shell Type= Shell siempre

·         Subtype: Se deja en blanco. Solo hay un subtipo opcional, se llama FiberSIM , y no tiene interés para nosotros en esta clase. Como no queremos aplicarlo dejamos en blanco este hueco

·         Name: Un nombre que queramos darle nosotros. Tiene que tener 8 caracteres como máximo. Le llamaremos “Shell_losa”, por ejemplo.

-          SECDATA, VAL1, VAL2, VAL3, VAL4, VAL5, VAL6…. ANSYS para elementos Shell, transforma este commando en  SECDATA,TK, MAT, THETA, NUMPT, LayerName:

·         TK: En esta clase definimos elementos Shell181 como una sola capa, es decir un solo material para todo nuestro elemento. En este caso, este parámetro es el espesor de nuestro elemento.

·         MAT: Número de material de la capa del elemento. IMPORTANTE: Para elementos de una sola capa este valor no es necesario ya que lo definimos con el comando MAT,mat antes de crear el mallado (ver ejemplos a continuación). Para elementos multicapa este valor es necesario. Sin embargo, para elementos multicapa, el valor de alfa y beta para el amortiguamiento será el definido con MAT,mat y no el de cada capa. Recordad que tenéis que haber definido antes este material con las siguientes propiedades: EX, EY, EZ, (PRXY, PRYZ, PRXZ, or NUXY, NUYZ, NUXZ), ALPX, ALPY, ALPZ (or CTEX, CTEY, CTEZ or THSX, THSY, THSZ), DENS, GXY, GYZ, GXZ, ALPD

·         THETA: Si queremos cambiar los ejes de la capa respecto a los del elemento. Este parámetro definine, en grados, el ángulo entre los dos ejes (los del elemento y los de la capa)

·         NUMPT: El número de puntos de integración. Tiene que ser un número impar. El número por defecto es 3

·         Layername: Un nombre para la capa. Este valor tiene sentido si usamos FiberSIM, pero en esta clase no vamos a usarlo por lo que este parámetro no tiene mucha utilidad. Si quisiéramos crear varias capas, si tiene utilidad ya que cada capa tiene que tener un nombre distinto, si no se sobreescribirían

Existen dos comandos aplicables también a este elemento además de los ya mencionados: SECOFFSET y SECCONTROL.

-          SECOFFSET – Este parámetro tiene argumentos distintos según a que elemento se le aplique. Si lo usamos en elementos Shell: SECOFFSET,Location,offset. Si no definimos este comando se usara por defecto la posición Mid

·         Location: Podemos elegir entre Top, Mid, Bot y User. Top hace que el nodo de la sección se sitúe en el top de nuestra sección, Mid en el plano medio y Bot en la parte inferior de nuestra sección. Si queremos definirlo con un valor exacto, usamos User.

·         Offset: Solo aplica si en el parámetro anterior hemos usado User. Distancia a la que se sitúa el centro del elemento respecto al punto medio del elemento original

El comando de SECCONTROL sirve para asignar una rigidez transversal (a cortante) en las tres direcciones, para añadir una masa adicional de superficie y para controlar los efectos de Hourglass (un tipo de distorsión en los elementos que no producen energía de deformación y que pueden falsear los resultados, no es el objeto de esta clase entrar a valorar este efecto). Este parámetro lo veremos en clases más avanzadas.

Para esta clase usaremos los KEYOPTIONS por defecto de este elemento. En clases más avanzadas veremos qué KEYOPTIONS tiene y cómo aplicarlos. Solo vamos a mostrar el KEYOPTION(1) ya que nos permite usar este elemento con sus 6 grados de libertad (KEYOPTION(1)=0) o solo usar esfuerzos de membrana, 3 grados de libertad por nodo (KEYOPTION(1)=1). Para más información sobre los KEYOPTIONS recomendamos leer la clase “Aprendiendo-ANSYS-Elementos-KEYOPTIONS”.

Ejemplo de código de ANSYS

Para este ejemplo suponemos que ya tenemos creada un área y que queremos mallarla usando elementos Shell181. Para saber cómo crear un área recomendamos leer la clase “Aprendiendo ANSYS-Crear un área con keypoints”.

ET,3,181 !Creamos el tipo shell181 como elemento tipo 3. Podría ser otro número. No debemos tener otro elemento en el mismo número ya existente

!Propiedad del material para la capa

MP,EX,1,27.e9     !Modulo de Young para el material 1. Valor del hormigón como ejemplo igual a 27.e9

MP,NUXY,1,0.3 !Coeficiente de poisson para el material 1. Valor del hormigón como ejemplo igual a 0.3

MP,DENS,1,2500. !Densidad del material 1. Valor del hormigón como ejemplo igual a 2500

MP,DAMP,1,0.04 !Amortiguamiento del material 1. Valor como ejemplo igual a 0.04

!Definimos la sección de nuestro elemento shell

SECTYPE,2,shell,,shell181  !Creamos una sección con número 2 que se aplica a elementos Shell y que la llamamos “shell181”

SECDATA, 0.5,1,0.0,7,capa1  !Esta línea define las propiedades de la sección creada con Sectype antes de aplicar esta línea, en este caso la sección número 2. Creamos una capa de espesor 0.5m, con el material 1,  que no tiene sus ejes girados respecto a los ejes del elemento, que tiene 7 puntos de integración y que se llama “capa1”. Como es un elemento de un solo material, podríamos haber dejado el material en blanco ya que se definirá abajo (Secdata, 0.5, ,0.0,7,capa1)

SECOFFSET,MID   !Este comando podía no haberlo usado ya que el valor por defecto es MID

!Elegimos material y tipo de elemento antes de crear el mallado.

MAT,1 !Material número 1 que hemos creado. IMPORTANTE: Para elementos de una sola capa si se define el material con SECTYPE y con MAT, es el valor de SECTYPE quien predomina. Para elementos multicapa el valor de alfa y beta para el amortiguamiento será el que definamos con en este comando y no los que hayamos dado en SECTYPE para cada capa

TYPE,3  !Seleccionamos el tipo de elemento, en este ejemplo el shell181 lo hemos creado en el número 3

SECNUM,2  !Seleccionamos la sección tipo 2 que hemos creado

ASEL,all !Seleccionamos el área que queremos mallar, creada previamente (en este ejemplo se ha supuesto que ya existe un área creada previamente

AMESH,ALL !Mallamos el área. ANSYS va a utilizar los valores que hemos elegido con anterioridad en las líneas de arriba.