Aprendiendo ANSYS- Crear un muelle-Elemento Combin14

En esta clase vamos a mostrar cómo crear en ANSYS un muelle que podremos usar posteriormente para crear apoyos elásticos en nuestras estructuras. Para ello usaremos el elemento tipo Combin14. El elemento Combin14 nos permite crear muelles tanto longitudinales como rotacionales. Podemos elegir crearlo 1D, 2D o 3D. Este elemento además de tener la propiedad de resorte elástico se le puede añadir también amortiguamiento. En esta clase trataremos solo la parte elástica y mencionaremos muy por encima la parte del amortiguamiento. Estos elementos no tienen masa. El input necesario para el elemento es:

·         Constante elástica del elemento. Este aspecto es lineal. En el ejemplo más adelante veremos cómo definirla mediante el real del elemento. Las unidades son “Fuerza/Desplazamiento”.

·         Los valores del amortiguamiento Cv1 y Cv2. Todos los valores relacionados con el amortiguamiento los veremos en una clase particular. Solo decir que el amortiguamiento de este elemento es igual a Cv1 + Cv2*v, donde v es la velocidad en el instante anterior de cálculo. El coeficiente Cv2 solo entra en juego cuando definimos el amortiguamiento para un cálculo no lineal donde hay varios instantes de cálculo para captar esta no linealidad. Para ello debemos definir el KEYOPTION(1)=1, de lo contrario el cálculo será lineal y no se podrá usar un amortiguamiento dependiente de la velocidad. Para entender más sobre los KEYOPTIONS recomendamos leer la clase “Aprendiendo-ANSYS-Elementos-KEYOPTIONS”.

En este elemento es muy importante los KEYOPTIONS 2 y 3 (recomendamos leer la clase “Aprendiendo-ANSYS-Elementos-KEYOPTIONS” para recordar que es un KEYOPTION y como se aplica). Estos dos KEYOPTIONS se usan de la siguiente manera:

·         Para crear un muelle solo con un grado de libertad usamos solo KEYOPTION(2). Para crear un muelle con solo el grado de libertad Ux activado usaremos KEYOPT(2)=1, para activar solo el Uy usamos KEYOPT(2)=2 y así sucesivamente para Uz, rot(x), rot(y) y rot(z). IMPORTANTE: Los grados de libertad cuando KEYOPT(2) es diferente de 0 están en función del sistema de coordenadas NODAL. Si los dos nodos del elemento tiene sistema de coordenadas NODAL distinto, los resultados podrían no ser correctos.

·         Para crear un muelle con varios grados de libertad debemos hacer lo siguiente: 1. Definir KEYOPTION(2)=0. 2)Asegurar que los dos nodos de nuestro elemento no son coincidentes. 3)Definimos el KEYOPT(3)=0 para crear un muelle con los 3 grados de translación activados (misma constante en los 3). KEYOPT(3)=1 para activar los 3GDL rotacionales y KEYOPT(3)=2 si queremos activar un muelle en 2D (los nodos de nuestro muelle deben estar en el mismo plano X-Y). Los ejes de nuestro elemento quedarán definidos según estos nodos, siendo el eje X d elemento del nodo I al J.

Ejemplo de código de ANSYS

Para este ejemplo suponemos que ya hemos creado dos nodos (nodos número 1 y 2) y que queremos crear un muelle entre estos dos nodos usando el elemento COMBIN14.

EJEMPLO 1

ET,3,COMBIN14 !Creamos el tipo Combin14 como elemento tipo 3. Podría ser otro número. No debemos tener otro elemento ya existente en el mismo número

!Definimos los KEYOPTIONS de nuestro elemento como hemos explicado arriba. Recordamos que en la clase “Aprendiendo-ANSYS-Elementos-KEYOPTIONS” explicamos lo que eran los KEYOPTIONS y cómo aplicarlos.

KEYOPT,3,1,0  !Definimos para nuestro elemento type 3 el KEYOPT(1)=0. Es decir, va a ser un muelle lineal

KEYOPT,3,2,2  !Definimos para nuestro elemento type 3 el KEYOPT(2)=2. Es decir, va a ser un muelle 1D trasnacional según la dirección Y. Recordamos que si KEYOPT(2) es distinto de 0 la dirección es según los ejes NODALES. No necesitamos definir el KEYOPT(3) dado que este solo es necesario cuando KEYOPT(2)=0

!Real del elemento con la información del muelle

r,2,20000 !Creamos el real número 2 con la constante elástica del muelle. En este caso definimos una constante elástica igual a 20000N/m (fuerza/distancia)

!Recordamos que en esta clase no vamos a tratar los amortiguamientos. El elemento COMBIN14 no necesita que definamos ningún material si no vamos a usar amortiguamiento

!Elegimos el tipo de elemento y su real antes de crear el mallado. Elegimos el elemento tipo número 3 que es el que hemos usado para nuestro COMBIN14. Elegimos el real 2  creado para nuestro COMBIN14. No definimos material ya que en esta clase no vamos a definir amortiguamiento y para COMBIN14 el material solo se usa para el amortiguamiento.

TYPE,3

REAL,2

e,1,2 !Creamos un elemento entre los nodos 1 y 2. Este elemento será type 3 (Combin14) y con el real 2 que es la constante del muelle

EJEMPLO 2: Similar al Ejemplo 1 pero con un muelle con varios grados de libertad

ET,3,COMBIN14 !Creamos el tipo Combin14 como elemento tipo 3. Podría ser otro número. No debemos tener otro elemento ya existente en el mismo número

!Definimos las KEYOPTIONS de nuestro elemento como hemos explicado arriba. Recordamos que en la clase “Aprendiendo-ANSYS-Elementos-KEYOPTIONS” explicamos lo que eran los KEYOPTIONS y cómo aplicarlos.

KEYOPT,3,1,0  !Definimos para nuestro elemento type 3 el KEYOPT(1)=0. Es decir, va a ser un muelle lineal

KEYOPT,3,2,0  !Definimos para nuestro elemento type 3 el KEYOPT(2)=0. Es decir, va a ser un muelle 2D o 3D y debemos definir el KEYOPT(3)

KEYOPT,3,3,0 !Definimos para nuestro elemento type 3 el KEYOPT(3)=0. Esto quiere decir que es un muelle 3D transnacional.

!Real del elemento con la información del muelle

r,2,20000 !Creamos el real número 2 con la constante elástica del muelle. En este caso definimos una constante elástica igual a 20000N/m (fuerza/distancia)

!Recordamos que en esta clase no vamos a tratar los amortiguamientos. El elemento COMBIN14 no necesita que definamos ningún material si no vamos a usar amortiguamiento

!Elegimos el tipo de elemento y su real antes de crear el mallado. Elegimos el elemento tipo número 3 que es el que hemos usado para nuestro COMBIN14. Elegimos el real 2  creado para nuestro COMBIN14. No definimos material ya que en esta clase no vamos a definir amortiguamiento y para COMBIN14 el material solo se usa para el amortiguamiento..

TYPE,3

REAL,2

e,1,2 !Creamos un elemento entre los nodos 1 y 2. Este elemento será type 3 (Combin14) y con el real 2 que es la constante del muelle

En la siguiente imagen vemos el resultado del ejemplo 2. Lo interesante es ver que para este Ejemplo 2 los nodos no pueden ser coincidentes porque KEYPT(2)=0 y que los ejes locales del elemento vienen definidos por la posición de estos nodos (eje X, en blanco, va del nodo 1 al 2).