06 Nov Continuum, shell, beam y truss elements, ¿cuál utilizar?
En el post de hoy vamos a conocer los diferentes tipos de elementos: continuum elements, shell elements, beam elements y truss elemens, sus diferencias y cuando usarlos.
Existe una extensa biblioteca de elementos que da la posibilidad de resolver muchos problemas diferentes. Vamos a ver algunos aspectos de un elemento que influyen en su comportamiento.
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Continuum elements
Entre las diferentes familias de elementos, se pueden utilizar elementos continuos (contio sólidos para modelar la mayoría de los modelos CAD. Conceptualmente, los elementos continuos simplemente modelan pequeños bloques de material en un modelo.
Dado que pueden estar conectados a otros elementos en cualquiera de sus caras, los elementos continuos, como los ladrillos en un edificio o los azulejos en un mosaico, pueden utilizarse para construir modelos de casi cualquier forma, sometidos a casi cualquier carga. Todos los elementos continuos (continuum elements) de tensión/deformacion tienen en cada nodo SOLO grados de libertad traslacional (y no tienen rotacional).
Los elementos continuos tridimensionales pueden ser hexaedros (ladrillos), wedges o tetraedros. Siempre que sea posible, deben utilizarse elementos hexaédricos o elementos tetraédricos de segundo orden.
Hay varias clases de elementos continuos en dos dimensiones que difieren entre sí en su comportamiento fuera del plano. Los elementos en dos dimensiones o bidimensionales pueden ser cuadriláteros o triangulares:
- Elementos de deformación plana: asumen que la deformación fuera del plano es cero; pueden utilizarse para modelar estructuras gruesas.
- Elementos de tensión plana: asumen que la tensión fuera del plano es cero; son adecuados para modelar estructuras delgadas.
- Elementos axisimétricos: de ejes sin torsión, modelo de anillo de 360°; son adecuados para el análisis de estructuras con geometría axisimétrica sometidas a carga axisimétrica.
Shell elements
Los elementos Shell (o shell elements) se utilizan para modelar estructuras en las que una dimensión (el espesor) es significativamente menor que las otras dimensiones y las tensiones en la dirección del espesor son insignificantes.
Abaqus ofrece dos tipos de elementos Shell: elementos shell convencionales y elementos shell continuos.
- Elementos shell convencionales: discretizan una superficie de referencia al definir las dimensiones planas del elemento, su superficie normal y su curvatura inicial.
- Elementos shell continuos: se asemejan a los elementos sólidos tridimensionales en el sentido de que discretizan todo un cuerpo tridimensional, pero están formulados de tal manera que su comportamiento cinemático y constitutivo es similar al de los elementos shell convencionales.
Los elementos shell pueden tener hasta 6 grados de libertad, 3 tranlacionales y 3 rotacionales. Todos los elementos shell deben referirse a una propiedad de la sección que define el espesor y las propiedades del material asociadas con el elemento.
Beam elements
Los elementos Beam (elementos de viga) se utilizan para modelar componentes en los que una dimensión (la longitud) es significativamente mayor que las otras dos dimensiones y sólo la tensión en la dirección a lo largo del eje de la viga es significativa.
Las vigas lineales, cuadráticas y cúbicas están disponibles en dos y tres dimensiones. Las vigas tridimensionales tienen seis grados de libertad en cada nodo: tres grados de libertad traslacional y tres grados de libertad rotacional.
Todos los elementos beam deben referirse a una propiedad de sección de la viga que defina:
- El material asociado con el elemento
- El perfil de sección de la viga (es decir, la geometría de la sección transversal del elemento)
- Las coordenadas nodales definen sólo la longitud.
Pero, ¿cuando usar cada tipo de elemento beam?
- Las vigas lineales y las vigas cuadráticas son deformables por cizallamiento y tienen en cuenta las deformaciones axiales finitas; por lo tanto, son adecuadas para modelar vigas delgadas y robustas.
- Los elementos de vigas cúbicas no tienen en cuenta la flexibilidad al corte y asumen un pequeño esfuerzo axial, aunque los grandes desplazamientos y rotaciones de las vigas son válidos. Por lo tanto, son adecuados para el modelado de vigas delgadas.
- Existen variantes de elementos de vigas lineales y cuadráticas como las de sección abierta o las vigas híbridas, pero esto, si te interesa, lo veremos en otro post.
Truss elements
Los elementos Truss son varillas que sólo pueden soportar cargas de tracción o compresión. No tienen resistencia a la flexión; por lo tanto, son útiles para modelar marcos articulados.
Además, los elementos truss se pueden utilizar como una aproximación para cables o cuerdas (por ejemplo, en una raqueta de tenis). Los truss también se utilizan a veces para representar el refuerzo dentro de otros elementos.
Los elementos Truss lineales y cuadráticas están disponibles en dos y tres dimensiones, pero sólo tienen grados de libertad de traslación en cada nodo.
Todos los elementos Truss deben referirse a una propiedad de sección que asocia una definición de propiedad de material con el elemento y especifica su área de sección transversal.
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