ansys - tutorial caste llano

Introducción al Programa ANSYS Hoja 1

Dres. Juan José del Coz Díaz/D. Fco Jose Surez Domínguez. E.T.S.Ingenieros Industriales – GIJONhttp://www.construccion.uniovi.es

INDICE1. Introducción .......................................................................................... 2

1.1. Diseño y análisis mediante programas de AEF .......................................... 21.2. Visión General de ANSYS ............................................................................ 31.3. Revisión de ANSYS ....................................................................................... 41.4. El método de los Elementos Finitos (MEF)............................................... 4

2. Fundamentos de ANSYS ...................................................................... 62.1. Introducción.................................................................................................... 62.2. Entrada en ANSYS en modo interactivo .................................................... 62.3. Partes del GUI ................................................................................................ 9

2.3.1. Arbol del menú de utilidades : .....................................................................................132.4. Organización de ANSYS ............................................................................. 152.5. La base de datos de ANSYS........................................................................ 162.6. Ficheros de ANSYS...................................................................................... 17

2.6.1. Fichero de sesión .LOG ...............................................................................................172.6.2. Fichero de errores .ERR...............................................................................................172.6.3. Fichero de salida .OUT.................................................................................................182.6.4. Fichero de Base de Datos .DB ....................................................................................18

2.7. Comandos de ANSYS.................................................................................. 192.7.1. Ayuda de comandos ......................................................................................................192.7.2. Comandos de uso general.............................................................................................212.7.3. Comandos para la definición del modelo EF............................................................212.7.4. Comandos para la aplicación de cargas y la solución ...............................................222.7.5. Comandos para ver los resultados del análisis...........................................................22

3. El menú principal de ANSYS ..............................................................233.1. Introducción.................................................................................................. 233.2. Organización del menú principal de ANSYS............................................ 24

3.2.1. Preferencias.....................................................................................................................243.2.2. Preprocesador.................................................................................................................253.2.3. Menú del módulo de solución .....................................................................................263.2.4. Menú del postprocesador .............................................................................................27

3.3. Creación de un modelo de E.F. mediante el menú ppal de ANSYS ..... 283.3.1. Comandos de uso general.............................................................................................283.3.2. Opciones para la definición del modelo de E.F........................................................283.3.3. Aplicación de solicitaciones y condiciones de contorno..........................................453.3.4. Análisis de resultados ....................................................................................................53

4. Redes de tuberías en ANSYS...............................................................544.1. Especificaciones............................................................................................ 554.2. Solicitaciones ................................................................................................. 564.3. Definición del modelo de tuberías ............................................................. 574.4. Definición de accesorios.............................................................................. 584.5. Solución y revisión de resultados................................................................ 59



1. Introducción

1.1. Diseño y análisis mediante programas de AEF

Los programas de AEF (análisis por elementos finitos), permiten obtener solucionesaproximadas de problemas que sean susceptibles de ser representados por un sistema deecuaciones diferenciales.

En Ingeniería, la mayoría de los procesos actuales están definidos de dicha forma, por loque dichos programas nos permitirán obtener productos de calidad superior a un menorcoste, o para mejorar procesos existentes, o para estudiar el fallo de un componenteestructural o un equipo.

Si se utiliza un programa de AEF se puede ayudar a reducir el tiempo total de desarrollo deun producto, reduciendo el número de ciclos prototipo-pruebas-ensayos-evaluación.Incluso, en algunos casos, no es deseable o práctico el realizar un prototipo :aplicacionesbiomecánicas, aerospaciales, etc.

DISEÑAR

IDENTIFICAR UNANECESIDAD

ANALIZAR

PROTOTIPO

PRUEBAS

ENSAYOS

FABRICACION

Nuevo productoMejorar productoAnálisis de fallos

Tiempo

Los programasAEF reducen eltiempo necesario



1.2. Visión General de ANSYS

Existen en la actualidad numerosos programas de análisis por elementos finitos, tales comoABAQUS, COSMOS, PATRAN, NASTRAN, STRUDL, CAEPIPE, etc.; de entre todosellos hemos elegido ANSYS por tratarse de una herramienta versátil de análisis porelementos finitos, teniendo en cuenta la relación entre la calidad del producto y su coste, ala fecha de hoy.

En el presente curso, además de mostrar al alumno algunas de las posibilidades de análisisque permite el método, se hará especial hincapié en los aspectos mas vinculados a laasignatura, es decir :

- Tuberías industriales- Depósitos- Recipientes a presión.

No obstante, los criterios que se mostrarán permitirán a los usuarios la realización de otrosmuchos tipos de análisis, no únicamente los arriba indicados, debido a que ANSYS se tratade un programa de "Uso General".

El concepto de "Uso General" quiere decir que, en primer lugar, el programa incluyemuchas capacidades generales, tales como funciones de preprocesador (para generar unmodelo), soluciones, postprocesador, gráficos, modelado paramétrico y utilidades para queel programa sea fácil de usar. En resumen, no se trata de un programa especializado pararesolver problemas, sino que nos permitirá satisfacer muchas necesidades complejas dediseño y análisis.



1.3. Revisión de ANSYS

La versión actual de ANSYS es la 5.5.1, disponible en los ordenadores del Area deIngeniería de la Construcción.

No obstante, la mayoría de los menús y características que se mostrarán en este curso serefieren a la versión 5.3 ED, instalada en la salas de PC´s de la ETSII.

La revisión mayor (nº 5) indica un desarrollo nuevo, con cambios en las estructuras de losficheros.

La revisión menor (el 5 o el 3) indica modificaciones que no afectan a las estructurasprimarias de los ficheros ni a las entradas del programa.

La versión de corrección (el 1 o el ED) contiene correcciones de errores y nuevosdesarrollos.

1.4. El método de los Elementos Finitos (MEF)

La transformación de un sistema de ingeniería (con infinitas incógnitas) a un modelo deelementos finitos es, quizás, uno de los más importantes y que requiere un conocimientoprofundo del MEF.

En realidad dicho modelo es una idealización matemática de un sistema real cuyocomportamiento deberá, al menos, de ser intuido, pues de otro modo la modelizaciónpuede ser muy laboriosa o imposible.

El término elemento finito resume el concepto básico del método : la transformación de unsistema físico, con un número infinito de incógnitas, a uno que tiene un número finito deincógnitas relacionadas entre sí por elementos de un tamaño finito.

Un nudo es una localización en el espacio de un punto en el que se considera que existenciertos grados de libertad (desplazamientos, potenciales, temperaturas, etc.) y acciones(fuerzas ,corrientes, condiciones de contorno..) del sistema físico.

Un elemento es una representación matemática matricial, denominada matriz de rigidez, dela interacción entre los grados de libertad de un conjunto de nudos. Los elementos puedenser puntuales, lineales, superficiales, volumétricos, .. y pueden estar en espacios bi otridimensionales.

Cada nudo tiene ciertos grados de libertad (GDL´s) que caracterizan la respuesta del campo(las ecuaciones diferenciales que representan el problema que se quiere resolver).

En un sistema estructural, el conjunto de grados de libertas incluye tres traslaciones y tresrotaciones.

La información se "pasa" de un elemento a otro por los nodos comunes.



Los GDL en un nudo dependen de los elementos que se conectan en dicho nudo

Las condiciones de contorno estructurales incluyen : - Restricciones de desplazamientos. - Fuerzas aplicadas en nudos - Presiones sobre los elementos - Temperaturas en nudos - Cargas volumétricas o de inercia (gravedad).



2. Fundamentos de ANSYS

2.1. Introducción

En este capítulo se muestran muchos de los conceptos fundamentales para utilizar elprograma ANSYS, tales como :

- Entrar en el Programa en modo Interactivo - Saber como se organiza el entorno interactivo del programa - Salir de ANSYS - Conocer la organización de los ficheros de ANSYS - Otras posibilidades de ejecución del programa : modo Batch - Conocer la estructura de comandos de ANSYS.

Cada uno de los cuales pasamos a exponer a continuación.

2.2. Entrada en ANSYS en modo interactivo

El menú de ANSYS en la barra de Inicio de Windows 95/98 ó NT, present un aspecto semejante alindicado en la figura

La primera vez que accedemos al programa resulta conveniente hacerlo con la opción ,la cual muestra un menú de la forma que se muestra en la imagen siguiente.

De este modo, se pueden controlar diferentes variables del entorno del programa, tales como :

- El directorio de trabajo (Working directory) : en el que escribiremos los ficheros del problema aresolver. -El nombre de la tarea (initial jobname) : la cual, por defecto, es file - El tamaño de la memoria de trabajo de ANSYS - La configuración del entorno gráfico interactivo (GUI - graphical user interface)

Permiteseleccionar ciertosparámetros

Ejecuta ANSYScon los valorespreviametntedefinidos



La selección, como ya es habitual en aplicaciones en entorno Windows, se realiza pinchando sobre laopción correspondiente.

En la onfiguración del entorno gráfico GUI, par el caso de terminales de 14 pulgadas, resulta convenienteaumentar el valor de los textos, del valor 100 a 120 o 150, por ej. (ver figura siguiente).



El entorno, una vez aceptados los valores que se muestran, presenta un aspecto semejante al que semuestra a continuación :



2.3. Partes del GUI

Las diferentes partes en que se divide en GUI se denominan :

- Menú de utilidades (Utility menu) : en la parte superior, donde se agrupan los menús desplegables conla mayoría de las utilidades necesarias para controlar el entorno de la aplicación, los ficheros, la selecciónde entidades, efectuar listados, controlar los menús, etc. (ver apartado 2.3.1)

- Menú de entrada : donde se pueden escribir los comandos de ANSYS directamente, siendo ejecutadospor el programa

- Barra de herramientas (Tollbar) : Donde pueden ponerse aquellos comando mas frecuentementeempleados, para su uso inmediato.

- Menú principal de ANSYS (Main menu) : En él se encuentran los diferentes programas de que secompone la aplicación, y que permiten la realización del modelo de E.F., la aplicación de lassolicitaciones y la posterior revisión de resultados (Ver capítulo 4).

- Ventana gráfica (ANSYS Graphics) : Donde se muestra toda la información gráfica necesaria para lavisualizacion, creación del modelo y revisión de resultados.



- Ventana de salida (Output) : En el caso de no haber redirigido la salida a un fichero, se mostrará poresta ventana toda la información que el programa vaya generando a medida que se trabaja con ANSYS.



Además de las ventanas y menús anteriores, también se dispone de dos entornos gráficos especialmenteimportantes, uno que permite la visualización rápida del modelo, y otro que permite una rápida selecciónde las entidades que maneja el programa.

Para el primero se selecciona, en el menú de utilidades, la opción

Con lo que se muestra :



Para el segundo, , mostrándose :



2.3.1. Arbol del menú de utilidades :



2.4. Organización de ANSYSEl programa ANSYS tiene dos niveles : - Nivel incial (Begin level) - Nivel de procesador (Precessor level)

Nada mas entrar en ANSYS se está en el nivel inicial, pudiendo entrar, desde este nivel, a uno de losprocesadores de ANSYS, o bien utilizar alguna de las operaciones de utilidades, o limpiar la base dedatos.

Un procesador es un conjunto de comandos relacionados que se utilizan para llevar a cabo una funcióngeneral. Los que se utilizarán son :

Procesador FunciónPreprocesador general (PREP7) Construcción del modelo de E.F.

Procesador Solución(SOLUTION)

Aplicar cargas y condiciones de contorno y resolverel problema

Postprocesador general (POST1) Revisión de resultados : tensiones,desplazamientos, reacciones..

Para poder entrar en un procesador, desde el nivel inicial, desde el menú principal se pulsa en elprocesador elegido

O bien, desde el menú de entrada se teclea una barra inclinada, seguida del nombre del procesador:

/PREP7 /SOLU /POST1

Para salir del procesaro al nivel inicial se escribe, en el menú de entrada,FINISH

O bien se selecciona otro procesador en el menú principal.

Para salir completamente de ANSYS se escribe, desde el nivel inicial,/EXIT

O bien, desde el menú de utilidades :>File>Exit..



2.5. La base de datos de ANSYSLa denominada "Base de datos" de ANSYS almacena, de una forma ordenada, lo siguiente :

- Datos de entrada : La información introducida acerca de las dimensiones de los modelos, propiedades delos materiales, tipos de elementos y su conectividad, etc.

- Datos de salida (resultados) : Los valores calculados por el programa : desplazamientos, esfuerzos,tensiones, reacciones, temperaturas, etc.

No importa en que parte del programa se esté, siempre se trabaja con la misma base de datos, con lo quese puede acceder, desde cualquier procesador, a los mismos.

No obstante, para poder definir valores, borrarlos o modificarlos, deberemos estar en el procesadoradecuado en cada caso (dependiendo de lo que se quiera hacer).

La base de datos se salva, en cualquier momento, escribiendo en el menú de entrada :SAVE[,fichero[,extension]]

O bien en el menú de utilidades :>File> Save as jobname.db

Para recuperar la base de datos, en cualquier instante, se escribe en el menú de entrada :RESUME[,fichero[,extension]]

El uso de SAVE y RESUME conjuntamente es semejante a la operación Deshacer en otros programas.Así, por ejemplo, si no se está seguro del resultado del próximo comando, se utilizará primero SAVE, seejecutará el comando y si el resultado no es el esperado se hará RESUME para "deshacer" el comando.

Para borrar la base de datos se utiliza el comando :/CLEAR

Válido solo en el nivel inicial

O bien se selecciona, en el menú de utilidades, la opción :>File>Clear&Start New



2.6. Ficheros de ANSYS

Durante un análisis el programa lee y escribe diferentes tipos de ficheros, cuyo conocimiento nospermitirá entender y optimizar algunas operaciones.

Todos los ficheros tienen la forma Nombre.ext

El valor por defecto del Nombre es FILE, pero puede especificarse otro diferente al entrar mediante unasesión Interactiva, o bien mediante el comando :

/FILENAME,Nombre

O bien, mediante el menú :>File>Change Jobname.

El apéndice del fichero es la extensión (ext), la cual nos informa acerca del contenido del fichero encuestión, así por ejemplo, se tiene :

Fichero Denominación TipoDe sesión Nombre.LOG ASCIIDe errores Nombre.ERR ASCIIDe salida Nombre.OUT ASCIIDe Base de Datos Nombre.DB BinarioDe resultados del análisis Nombre.Rxxx Binario - estructural Nombre.RST Binario - térmico Nombre.RTH Binario - magnético Nombre.RMG BinarioMatrices de elementos Nombre.EMAT Binario

Los ficheros binarios pueden ser de tipo externo o interno. Los de tipo externo son transferibles entredistintos ordenadores, pero emplean mas tiempo para su creación. En general será interesante crear losficheros de tipo interno, sobre todo en grandes problemas estructurales; para ello se dispone del comando:

/FTPYE,ALL,INT

2.6.1. Fichero de sesión .LOGCada vez que ejecutamos ANSYS, se produce un fichero de sesión llamado LOG. Cada comandoejecutado en ANSYS, bien sea desde el menú de utilidades, el menú principal o el menú de entrada, escopiado a este fichero, con lo que tenemos una lista completa de todo lo que vamos haciendo. Además, altratarse de un fichero ASCII, podremos editarlo y modificarlo fácilmente con cualquier editor de textos.

De este modo, el fichero LOG puede emplearse para recuperar un fallo catastrófico del usuario, tan sóloes preciso editarlo, borrar las órdenes pertinentes, y leer el fichero mediante el comando :

/INPUT,Nombre,extO bien, mediante el menú de utilidades : >File> Read Input from..

Puede verse mientras estamos en una sesión interactiva de ANSYS, mediante el menú de utilidades :> List> Files >Log File

2.6.2. Fichero de errores .ERREste fichero se abre nada mas entrar en ANSYS, capturando todos los mensajes de advertencia(Warning´s) y de error que se vayan sucediendo. Puede verse mientras estamos en una sesión interactivade ANSYS, mediante el menú de utilidades :Ø List> Files >Error File

Debe prestarse especial atención al hecho de que ANSYS no borra este fichero cada vez que entramos enuna sesión interactiva, sino que va añadiendo los mensajes al final del mismo, por lo que deberá sereliminado “manualmente” (desde el S.O.) de vez en cuando.



2.6.3. Fichero de salida .OUTEs el sustituto de la ventana de salida.Para dirigir a un fichero de salida los mensajes y resultados de ANSYS es necesario que el usuarioespecifique el nombre mediante el comando :

/OUTPUT,NombreO bien, desde el menú de utilidadesØ File > Switch Output to > File

El fichero es del tipo ASCII, por lo que se puede editar fácilmente.

2.6.4. Fichero de Base de Datos .DBEl fichero de la base de datos se actualiza (o se abre) cada vez que se ejecuta el comando

SAVEDesde cualquier parte de ANSYS. O bien, desde el menú de utilidades :Ø File > Save as Jobname.db

Por defecto se crea el fichero binario como tipo externo.



2.7. Comandos de ANSYSLos comandos, como ya hemos visto, se emplean para introducir datos y para controlar el Programa.

En ANSYS Ver. 5 existen casi 900 comandos que ejecutan las órdenes necesarias para “comunicarnos”con el Programa y poder llevar a cabo todas las tareas con eficacia.

Habitualmente cada comando está asociado a un procesador (pre, post, solution..), por lo que sólo puedenser utilizados “dentro” de él.

A continuación explicaremos los más habituales con el fin de que nos “familiaricemos” con ellos, conposterioridad veremos como podemos acceder a ellos sin necesidad de conocerlos, tan sólo “navegando”a través de los diferentes menús que el entorno de ANSYS pone a nuestra disposición.

2.7.1. Ayuda de comandos

No es necesario memorizar los comandos, se puede acudir a la documentación de los mismos mediante elmenú Help de la barra de utilidades. Las diferentes posibilidades de este menú son :

El menú de Table of Contents o "Tabla de contenidos” comprende los índices de los manuales de ANSYSen formato Hipertexto (con enlaces activos).

El menú Index o “Indice” nos lleva a un índice alfabético de los manuales de ANSYS en hipertexto.

Menús desplegables (ver abajo)

Búsquedas “inteligentes”, del comando o de ladescripción de lo que se pretende realizar

Otras ayudas e informaciones diversas acercadel programa



Ambas opciones abarcan los siguientes documentos :

- Analysis Guides o Gúias para el análisis : donde se muestran las diferentes posibilidades deanálisis implementadas en le programa ANSYS : estático, dinámico, térmico, magnético, nolineal, etc., así como una introducción al uso del Programa.- Commands manual o Manual de Comandos : Se indican los diferentes comandos queexisten en ANSYS, clasificados por grupos y alfabéticamente, indicando donde pueden serutilizados y sus características y sintaxis.- Theory Manual o Manual de teoría : En el que se exponen los principios matemáticos, deuna forma somera, en que están basados los diferentes procedimientos y análisis que seencuentran implementados en el programa.- Operations Guide o Guía de Operaciones : Donde encontraremos un curso completo acercade la utilización del programa, en idioma Inglés, similar al proporcionado en esta asignatura.- Other : En donde se ha introducido información que es susceptible de actualizarseperiódicamente, por parte del suministrador del Programa.

Resulta especialmente útil la opción Help On ., en la que se escribe el comando a buscar, o bien elnúmero del elemento finito cuyas características se desean examinar.

Cuando se trata de buscar temas o aspectos relativos a los manuales, se dispone de la opción Word Search.., pudiendo escoger entre uno o varios documentos.



2.7.2. Comandos de uso general

Algunos de los comandos más utilizados, así como sus parámetros, se indican a continuación :Comandos de uso general

Comando (y parámetros) Descripción Nivel/FILNAM,Nombre Especifica el nombre de la tarea y los ficheros Inicial/TITLE,Descripción Indica el título del problema Inicial/UNITS,SI Especifica las unidades Inicial/PREP7 Entra en el preprocesador Inicial/SOLU Entra en el módulo de solución (aplicación de

cargas y condiciones de contorno..)Inicial

/POST1 Entra en el postprocesador Inicial/INPUT,Fichero,Ext Carga un fichero Batch Inicial/OUTPUT,Fichero Redirige la salida al fichero especificado InicialSAVE Guarda la base de datos de ANSYS CualquieraRESUME Carga la base de datos en memoria CualquieraFINISH Sale del procesador Procesador/EXIT Sale de ANSYS Inicial

2.7.3. Comandos para la definición del modelo EFDefinición del material y sus propiedades

UIMP,numM,EX,EY,EZ,,valorX,valorY,valorZ

Especifica el valor del módulo elástico delmaterial nº numM

PREP7

UIMP,numM,NUXY,NUYZ,NUXZ,valXY,valYZ,valXZ

Especifica el valor del coeficiente de Poissondel material nº numM

PREP7

MP,DENS,numM,valor Especifica la densidad del material nº num PREP7Definición del elemento finito y sus propiedades

ET,numE,Name Especifica el tipo de elemento a utilizarName como nº numE

PREP7

KEYOPT,numE,numk,valor Especifica la opción del elemento nº numk,asociado al nº numE, con el valor

PREP7

R,numR,val1,val2,..val6RMORE,val7,val8..val12

Asocia al nº numR los valores de lasconstantes reales val1...val12

PREP7

Generación del modelo de E.F.N,numN,X,Y,Z Genera el nudo nº numN en la posición

X,Y,ZPREP7

E,N1,N2,N3.. Crea un elemento entre los nudosespecificados

PREP7

K,numK,X,Y,Z Genera el Kpoint nº numK en la posiciónX,Y,Z

PREP7

L,k1,k2 Crea una línea entre los kpoints k1 y k2 PREP7AL,L1,L2,L3.. Crea un area formada por las líneas

L1,L2,L3..PREP7

NPLOT Muestra los nudos CualquieraEPLOT Muestra los elementos CualquieraKPLOT Muestra los kpoints CualquieraLPLOT Muestra las líneas CualquieraAPLOT Muestra las áreas Cualquiera/PNUM,NODE,1 Enumera los nudos Cualquiera/PNUM,ELEM,1 Enumera los elementos Cualquiera/PNUM,KP,1 Enumera los Kpoints Cualquiera/PNUM,LINE,1 Enumera las líneas Cualquiera/PNUM,AREA,1 Enumera las áreas CualquieraNDELE,numN Borra el nudo numN PREP7EDELE,numE Borra el elemento numE PREP7KDELE,numK Borra el kpoint numK PREP7LDELE,numL Borra la línea numL PREP7ADELE,numA Borra el área numA PREP7



Mallado automáticoTYPE,numE Especifica el tipo de elemento empleado en el

malladoPREP7

MAT,numM Indica el nº de material a usar en el mallado PREP7REAL,numR Especifica el nº de constante real empleada

para definir los atributos del elementoempleado en el mallado subsiguiente

PREP7

ESIZE,longitud Indica la longitud a emplear en el mallado delas entidades

PREP7

LMESH,L1,L2 Malla las líneas L1 a L2 PREP7AMESH,A1,A2 Malla las áreas A1 a A2 PREP7

2.7.4. Comandos para la aplicación de cargas y la soluciónAplicación de cargas y condiciones de contorno

ANTYPE,STATIC Especifica el tipo de análisis como estático SOLUD,numN,Etiqueta,Valor Introduce las restricciones de los GDL en el

nudo numN, en la dirección marcada por laEtiqueta (UX, UY,UZ,ROTX,ROTY,ROTZ)

SOLU

F,numN,Etiqueta,Valor Introduce la solicitación en el nudo numN,en la dirección marcada por la Etiqueta (FX,FY,FZ,MX,MY,MZ)

SOLU

SFE,ALL,Comp,PRES,0,Valor

Introduce una carga de presión en loselementos seleccionados, en la cara indicadapor Comp, y de Valor

SOLU

ACEL,AcelX,AcelY,AcelZ Introduce una aceleración en la direcciónespecificada

SOLU

SOLVE Inicia el proceso de solución del problema EF SOLU

2.7.5. Comandos para ver los resultados del análisisMostar resultados gráficamente

/VIEW,Ventana,PX,PY,PZ Fija el punto de vista para el dibujo POST1PLDISP Muestra la deformada por pantalla POST1/VIEW,Ventana,PX,PY,PZ Fija el punto de vista para el dibujo POST1PLNSOL,Item,Componente Muestra gráficamente los resultados nodales

correspondientes a la Componente del ItemPOST1

ITEM ComponenteDesplazamientos nodales U X,Y,Z,SUMRotaciones nodales ROT X,Y,Z,SUMPresiones PRESTensiones nodales S X,Y,ZTensiones nodales ppales S 1,2,3Tensiones nodalesequivalentes

S INT,EQV

PLESOL,Item,Componente Muestra gráficamente los resultados de loselementos, correspondientes a laComponente del ItemITEM Componente

Tensiones S X,Y,ZTensiones ppales S 1,2,3Tensiones equivalentes S INT,EQV



3. El menú principal de ANSYS

3.1. IntroducciónEn el capítulo anterior hemos visto como podemos crear nuestro modelo de elementos finitos medianteuna serie de comandos con los cuales nos hemos “comunicado” con el programa mediante el menú deentrada de ANSYS.

No obstante, existen otros métodos que nos permiten efectuar las mismas labores de un modo másintuitivo e interactivo.

La forma de acceder a dichos procedimientos se encuentra en lo que se denomina “Menú Principal deANSYS” (“ANSYS Main menu”), al cual accedemos “pinchando con el ratón” la opción deseada. En elcaso de que sea una opción que tenga más posibilidades, nos irán apareciendo ventanas sucesivas, hatallegar al “nivel de comando” deseado.

El aspecto de dicho menú, en nivel inicial (“Begin level”) es el siguiente :

Como se puede apreciar, casi todas las opciones tienen un símbolo “>” a su derecha, lo que significa queANSYS desplegará otro menú en el caso de pulsar con el ratón sobre dicha opción. En el caso de quedicho símbolo no esté presente, ANSYS mostrará una ventana de introducción de datos al usuario.

Establece preferencias generales en elmodelo de E.F.

Entra en el Preprocesador

Entra en el módulo de solución

Entra en el Postprocesador

Sale del Procesador



3.2. Organización del menú principal de ANSYS

Todos los comandos de ANSYS y de tipos de elementos están clasificados por temas basados en sufunción; de este modo, resulta fácil encontrar los comandos o tipos de elementos seguidos por unafunción particular.

Tanto el ratón como el teclado se pueden utilizar para introducir datos

Los parámetros de los comandos se introducen mediante “ventanas de introducción de datos” en lascuales se dan las explicaciones pertinentes acerca de los mismos. Se puede solicitar ayuda mediante elbotón correspondiente.

3.2.1. Preferencias..

Seleccionando esta opción, ANSYS muestra la siguiente ventana :

Resulta conveniente activar la opción de disciplina estructural, pues será la utilizada habitualmente en elpresente curso.



3.2.2. Preprocesador

El menú del preprocesador está dividido en los siguientes apartados :

Menú para la selección de los tipos de elementos utilizadosIntroducción de las constantes reales (características de los E.F.)Definición de las propiedades de los materialesDefinición de las secciones transversales (en E.F. especiales)

Utilidades para el modelado sólidoMenú para la creación de entidadesMenú para “operar” con entidades : Adicción, sustracción, etc.Menú para modificar las entidadesMenú para copiar entidadesMenú para reflejar entidadesMenú para el chequeo de la geometría de las entidadesMenú para borrar entidadesMenú para la actualización de la geometría

Atributos para el mallado de entidadesDefinición de los atributos : material, elemento, cte. realHerramientas para el mallado

Generación de la malla de E.F.Menú para el control del tamaño de los elementosOpciones para el mallado automático

Menú para la generación de la malla de E.F.Menú para la modificación de la malla de E.F.Mostrar elementos “singulares” o degeneradosSeleccionar elementos “singulares” o degeneradosMenú de Borrado de E.F.Menú para el control de la malla de E.F.Menú para el control de la numeración de los E.F.Menú para la escritura/lectura de la geometría del modelo de E.F.Menú para la definición de grados de libertad acoplados o ecuacionesGenera un sector para análisis modal (por ej. En rotor)Configura las opciones para manejar y analizar fluidos mediante el MEFPermite acceder de un modo directo al módulo de solución

En este menú, como se puede apreciar, se controla el proceso de generación de la malla de elementosfinitos, tanto mediante “generación directa” como mediante las utilidades para la realización del“modelado sólido”.



3.2.3. Menú del módulo de solución

Especificación del tipo de análisisIndicación de un nuevo análisisEspecificación de un archivo de un análisis anteriorIndicación de un “paso de expansión” (para superelementos)Opciones especiales para el análisis : tolerancias, solvers,etc.Opciones para una rápida resolución del sistema de ecuacionesGrados de libertad principales (para análisis dinámico)Condiciones especiales de apoyo (para análisis dinámico no lineal)

Aplicación de cargas y condiciones de contorno sobre el modeloIndicación de temperaturas, gradientes y sustitución de solicitacionesAplicación de condiciones de contorno, fuerzas, presiones, temp., etc.Borrado de solicitacionesEscalado de cargas, transformación de cargas del modelado al MEF

Opciones para casos de cargaControles de la salidas de la soluciónControles de la ejecución en “pasos”Opciones para análisis no lineal :criterios de convergencia, equilibrio,etc.Indicación del espectro de respuesta en análisis dinámicoOpciones para el paso de expansión (para superelementos)Control de la solución para un modelo de EF magnéticoOtras opciones para el análisisSe inicializan todas las opciones para casos de cargaLee un caso de carga ó Load StepEscribe un caso de carga

Resolución del sistema de ecuacionesResuelve el caso de carga actualResuelve los casos de carga que se le especifiquenRealiza una solución parcial del problemaOpciones para realizar un mallado adaptativoOpciones para análisis de fluidosEjecución del módulo de análisis de fluidos FLOTRAN

En este menú se controlan las opciones que nos permiten definir el tipo de análisis que queremos efectuar,así como las condiciones de contorno, temperaturas y solicitaciones sobre el modelo .



3.2.4. Menú del postprocesador

Para el control de los datos leídos y opciones de ficherosResumen de los resultados

Menú para la lectura de resultados del análisisLee de la base de datos el primer conjunto de resultadosLee de la base de datos el siguiente conjunto de resultadosLee de la base de datos el último conjunto de resultadosLee los resultados de un caso de cargaLee los resultados de un tiempo determinadoLee los resultados para un conjunto de entidadesOpciones para la lectura de resultados de un análisis con FLOTRANOpciones para el dibujo de resultadosListado de resultados

Control de opciones de salida de resultadosRealización de cálculos de resultados nodalesRealización de cálculos de resultados de elementosOperaciones a lo largo de un caminoOpciones de control de salida de resultados de casos de cargaSe escriben los resultados en un fichero de salidaEspecificaciones de resultados de submodeladoResultados de análisis eléctricos y magnéticosOpciones para el estudio de la fatigaDefinición de factor de seguridad en el análisis

Menú para la definición de resultadosResultados nodalesResultados de los elementosDatos de elementos en forma de tablaRestaura los valores de la base de datos



3.3. Creación de un modelo de E.F. mediante el menú ppal de ANSYSLos pasos a seguir son similares a los ya indicados en el capítulo anterior, en el cual se explicaban loscomandos de ANSYS. En el caso que nos ocupa, iremos indicando los diferentes pasos que es preciso irdando para la creación del modelo, su análisis y posterior revisión de resultados.

3.3.1. Comandos de uso general.

La mayoría de los comandos de uso general se encuentran en el menú de utilidades de ANSYS, aunquealgunos son accesibles desde el menú ppal.

Comandos de uso generalComando (y parámetros) Descripción Ruta/FILNAM,Nombre Especifica el nombre de la tarea y los

ficheros>File > Change Jobname ...

/TITLE,Descripción Indica el título del problema >File > Change Title .../UNITS,SI Especifica las unidades No es accesible/PREP7 Entra en el preprocesador Preprocessor/SOLU Entra en el módulo de solución

(aplicación de cargas y condiciones decontorno..)

Solution

/POST1 Entra en el postprocesador General Postproc/INPUT,Fichero,Ext Carga un fichero Batch >File>Read input from .../OUTPUT,Fichero Redirige la salida al fichero especificado >File>Switch Output to>SAVE Guarda la base de datos de ANSYS >File>Save as Jobname.dbRESUME Carga la base de datos en memoria >File>Resume Jobname.dbFINISH Sale del procesador Finish/EXIT Sale de ANSYS >File>Exit ...

3.3.2. Opciones para la definición del modelo de E.F.

Para la creación del modelo de E.F.es preciso entrar en el menú del preprocesador, cuyo aspecto ya se hamostrado.

Se recomienda seguir los pasos en la secuencia arriba-> abajo, tal y como están organizados en estemenú. De este modo, las fases serían :- Definir tipos de elementos- Definir constantes reales (propiedades de los elementos)- Introducir las propiedades de los materiales- Efectuar el modelado sólido- Mallar las entidades- Revisar el modelo y guardarlo en disco.



3.3.2.1. Definición de los tipos de elementos.

Para la definición de los tipos de elementos disponemos de un menú que nos permite :

Presentando una ventana del tipo

Cuando pulsamos el botón Aparece una ventana donde podemos seleccionar elelemento deseado

Cuando pulsamos el botón se nos muestra una ventana con las diferentes opciones(KEYPOINTS) del elemento, tal y como se muestra en las tablas siguientes.

Añade tipos de elementos

Añadir tipode elemento

Configuraropciones delelemento(KEYOPTIONS)

Elementosañadidos en labase de datos



En el presente curso utilizaremos fundamentalmente los siguientes tipos de elementos :

ELEMENTO DESCRIPCIONElemento del tipo viga recta estructural plana de dos nodos, con posibilidad degiro y traslación en el plano de la estructura.Catalogada como :Structural Beam 2D Elastic3

Elemento del tipo viga recta estructural espacial de dos nodos, con posibilidadde giro y traslación en los seis grados de libertad en el espacio.Catalogada como : Structural Beam 3D Elastic4



ELEMENTO DESCRIPCIONElemento del tipo tubo recto estructural espacial de dos nodos, con posibilidadde giro y traslación en los seis grados de libertad en el espacio.

Catalogada como : Structural Pipe Elastic Straight16

Elemento del tipo tubo recto estructural espacial con ramificación, de cuatronodos, tiene posibilidad de giro y traslación en los seis grados de libertad en elespacio.Catalogada como : Structural Pipe Elastic Tee17

Elemento del tipo codo estructural espacial, de tres nodos (el tercero solo sirvepara dar la curvatura) con posibilidad de giro y traslación en los seis grados delibertad en el espacio.Catalogada como : Structural Pipe Elbow18



ELEMENTO DESCRIPCIONElemento tipo lámina estructural axilsimétrica de dos nodos, con cuatrogrados de libertad por nodo (tres traslaciones y una rotación s/ el eje Z).La solicitación puede ser tanto simétrica como no simétrica (armónica)Catalogada como : Structural Shell 2Daxisymmetric-Harmon61

Elemento tipo lámina estructural tridimensional de cuatro nodos, con seisgrados de libertad por nodo.Catalogada como : Structural Shell Elastic 4node63

Elemento tipo lámina estructural tridimensional de ocho nodos, con seisgrados de libertad por nodo.Catalogada como : Structural Shell Elastic 8node93



3.3.2.2. Indicación de las constantes reales de los elementosEn función de los elementos seleccionados en el apartado anterior, será necesario indicar al programa lascaracterísticas físicas (“propiedades”) de los mismos, las cuales dependerán del caso particular estudiado.

Para ello se muestra una ventana del tipo :

Una vez pulsado el botón , se muestra una ventana en la cual aparecen los elementosfinitos elegidos para el modelo (los "ET")

Una vez seleccionado el elemento finito al cual se le van a asignar las propiedades, la ventana dependerádel elemento en cuestión. A continuación se muestran dichas ventanas de entrada, para los elementos queusaremos con mayor frecuencia en el presente curso introductorio de ANSYS.

Constantes realesque van siendodefinidas

Añadirconstante real

Editar/modificar cte. real

Borrar cte.real



ELEMENTO DESCRIPCIONElemento del tipo viga recta estructural plana de dos nodos, con posibilidad degiro y traslación en el plano de la estructura.Catalogada como :Structural Beam 2D Elastic3

Elemento del tipo viga recta estructural espacial de dos nodos, con posibilidadde giro y traslación en los seis grados de libertad en el espacio.Catalogada como : Structural Beam 3D Elastic4



ELEMENTO DESCRIPCION

Structural Pipe ElasticStraight16

Structural Pipe ElasticTee17



Structural Pipe Elbow18



ELEMENTO DESCRIPCION

Structural Shell2Daxisymmetric-Harmon61

Structural Shell Elastic4node63

Structural Shell Elastic8node93



3.3.2.3. Definición del material y sus propiedades

El menú de propiedades de los materiales contiene, a su vez, un submenú que nos permite efectuardiversas operaciones.

En el presente curso tan solo veremos la indicada :



3.3.2.4. Menús para el modelado.

Bajo la etiqueta "-Modeling-" Existen varias opciones que disponen de otros tantos submenús, con loscuales resulta posible la creación, edición y modificación de las entidades que constituyen el "modelo deelementos finitos".

El menú de Creación "Create>" es uno de los más utilizados, presentando las siguientes opciones :

Permite crear puntos llave "Keypoints"Creación de entidades lineales

Generación de líneasCreación de arcosCreación de líneas cúbicas o "Splines"Chaflán entre líneas

Creación de entidades superficialesMenú para la creación de áreas de forma irregularCreación de áreas rectangularesGeneración de círculos y anillosCreación de áreas mediante polígonos regularesChaflán entre áreas

Creación de entidades volumétricasMenú para la creación de volúmenes de formas irregularesCreación de un volumen hexaédricoCreación de un volumen cilíndricoCreación de un prisma regularCreación de una esfera sólida o huecaCreación de un conoGeneración de un volumen en forma de toroMenú para la generación directa de los nodos de la malla de EFMenú para la generación directa de los elementos de la malla de EFMenú para la generación de modelos de redes de tuberíasMenú para la generación de modelos de circuitos eléctricosGeneración de una fuente de corriente para análisis electro-magnético

Imaginemos que deseamos “crear” un área triangular; en este caso los pasos serían :1. Crear los “Kpoints” que definen las esquinas del triángulo2. Crear las “líneas” uniendo los “kpoints” creados en el paso anterior3. Crear el “area” a través de las líneas

Creación de la malla de E.F, tanto por generación directacomo mediante mallado sólido

Operaciones Booleanas entre entidades

Borrado de entidades : KPs, lineas, areas, volúmenes,nodos, elementos.



Para el 1er. Paso seleccionar :

Con lo que se despliega una ventana de introducción de datos : Número del KP (en blanco seasigna automáticamente)

Posición en el espacio



Para la generación de líneas, se tiene :

De este modo, se muestra una ventana gráfica y el cursor cambia de forma, del tipo :

Mediante las opciones anteriores, y de un modo totalmente gráfico, se van creando las diferentesentidades (líneas).

Seleccionalíneas

Des-seleccionalíneas

Estado de la selección :- Nº seleccciones- Máximo y mínimo- Etc.

Opciones para introducciónde datos mediante menú deentrada de ANSYS

Ejecución delas órdenes ocancelación



Para el tercer paso (generación de areas), se tiene :

Con lo que se muestra una ventana del tipo :

Seleccionalíneas

Des-seleccionalíneas

Modo en el que se va arealizar la selección

Estado de la selección :- Nº seleccciones- Máximo y mínimo- Etc.

Opciones para introducciónde datos mediante menú deentrada de ANSYS

Ejecución delas órdenes ocancelación



3.3.2.5 Menús para el mallado automáticoBajo la etiqueta "-Meshing-" Existen varias opciones que disponen de otros tantos submenús, con loscuales resulta posible la generación automática de una malla de E.F. tomando como base las entidadescreadas con anterioridad.

No obstante, para la generación automática de la malla, se dispone en la versión 5.5.1 de una ventanaespecial, en la cual resulta posible controlar todo el proceso de un modo interactivo :

Definición de los atributos para el mallado : Tipoelemento, cte. real y material

Definición del tamaño del elemento para el mallado

Botón para la asignación de atributos para el mallado :Tipo de elemento, material y cte.realPueden aplicarse a Volumenes, Areas, lineas y puntos

Permite especificar un mallado especificando un tamañoglobal 1-> fino; 10-> Grosero.

Permite controlar el mallado especificando el tamaño porel usuario.

Selecciona la entidad : Area, Volumen, linea o punto,que va a ser mallada.

Permite controlar la forma de los elementos que van aser generados.

Ejecuta la acción de mallado especificada

Borra los nodos y elementos asociados alas entidades sekleccionadas

Permite efectuar un afinado de la malla enlas entidades seleccionadas



en primer lugar, pulsar el botón con lo que se muestra :

A continuación, seleccionar , con lo que se muestra :

Finalmente, pulsando el botón , se inicia el proceso de mallado en el área indicada.

Poner un“tamaño” parael elemento



3.3.3. Aplicación de solicitaciones y condiciones de contorno

Para la aplicación de las solicitaciones, condiciones de contorno y tipo de solución mediante el menúprincipal de ANSYS, deberemos seleccionar el procesador denominado “Solution”.

Una vez, dentro, el menú que se despliega tiene el aspecto indicado en el apartado 3.2.3. Los pasos aseguir son :- Indicar el tipo de análisis- Aplicar condiciones de contorno- Aplicar solicitaciones : Cargas puntuales, distribuidas, gravitatorias,etc.- Resolver

3.3.3.1 Indicación del tipo de análisis

En el menú del procesador “Solution”, seleccionar la opción con lo que semuestra una ventana con los diferentes tipos de análisis :



3.3.3.2. Establecer las condiciones de contorno.Para establecer las condiciones de contorno o “apoyos” del modelo, seleccionar la opción

Escogiendo la opción , se muestra una ventana del tipo :

Mediante la cual es posible seleccionar los nodos en los cuales vamos a aplicar las restricciones

Seleccionanudos

Des-Selecciona nudos

Indica como se va arealizar la selección

Controles para realizarla selección

Opciones para datos pormenú de entrada

Ejecuta laacción



A continuación, una vez seleccionados gráficamente los nodos, se muestra una ventana del tipo :

El modelo se representará, entonces, con los apoyos que hayamos introducido. No obstante, en cualquiermomento podemos “activar” la representación mediante la opción >PlotCtrls>Symbols, del menú deutilidades

Seleccionar los GDL´s que van a serrestringidos

Se controla larepresentaciónde los símbolosde que indicanlas condicionesde contorno

Se controla larepresentaciónde los símbolosde que indicanlas cargassuperficiales

Se controla larepresentaciónde los símbolosde que indicanlas cargasvolumétricas



3.3.3.3. Aplicar solicitaciones en el modelo

Para aplicar solicitaciones sobre el modelo, del tipo carga concentrada, seleccionar :


Mediante la cual es posible seleccionar los nodos en los cuales vamos a aplicar las solicitaciones.

Seleccionanudos

Des-Selecciona nudos




Ejecuta laacción



A continuación, una vez seleccionados gráficamente los nodos, se muestra una ventana del tipo :

Se puede llevar a cabo un control sobre las entidades mostradas, mediante la opción>PlotCtrls>Symbols, del menú de utilidades, tal y como se ha mostrado en el apartado anterior.

Dirección de lasolicitación enejes globales

Valor de lasolicitación



Si la solicitación es del tipo presión, entonces seleccionar :


Mediante la cual es posible seleccionar los elementos en los cuales vamos a aplicar las solicitaciones.

Seleccionaelementos

Des-Seleccionaelementos




Ejecuta laacción



A continuación, una vez seleccionados gráficamente los elementos, se muestra una ventana del tipo :

Por último, para aplicar la gravedad sobre el modelo, se debe seleccionar la opción :

Con lo que se muestra una ventana :

Debe recordarse que el convenio de signos que sigue el programa es el de la dirección del vectoraceleracion, no la dirección en que actúa la fuerza de inercia.

“Cara” del elemento en lacual se va a aplicar lasolicitación

Valor de la solicitación

Valores opcionales, en elcaso de presión no uniformesobre el elemento.



3.3.3.4. Solución del caso de carga a estudiar

Para resolver el caso de carga planteado, seleccionar la opción

Pueden controlarse diferentes parámetros en la solución, en especial la tolerancia de la misma y el"solver" o procedimiento empleado en la resolución de los sistemas de ecuaciones. Para ello, debe

seleccionarse la opción : , con lo que se muestra una ventana :

Tipo de "solver"empleado

Tolerancia de lasolución



3.3.4. Análisis de resultados



4. Redes de tuberías en ANSYS.Una de las ventajas del programa ANSYS, en comparación con otros programas de análisis por elementosfinitos, es la posibilidad de generación directa de redes de tuberías.

Para ello, se ha implementado en el Preprocesador, un menú al cual se tiene acceso desde el menúprincipal de ANSYS : Modeling -> Create.

- Se introducen las "especificaciones" o características de las tuberías - Se definen las cargas :temperaturas y presionesDatos del comienzo de la tubería - En un nudo previamente definido - En una posición en el espacioDatos de la tubería - Avance de la tubería (definición de los tramos rectos) - Introdución de un ramal T - Introducción de un codo (radio corto o largo) - Introducción de un codo por gajos - Introdución de una reducción - Introducción de una válvula - Introducción de una brida - Introdución de un compensador - Introducción de un soporte tipo muelle - Introducción de un soporte no lineal

Esquema de una red de tuberías en ANSYS



4.1. EspecificacionesMediante este menú se introducen las características principales de la red que va a ser generada, talescomo : - El sistema de unidades empleado - Las dimensiones de la tubería : diámetro y espesor - El material de la tubería - Las características del fluido que transporta - El material del aislamiento de la tubería - La tolerancia de corrosión prevista - El código de diseño a la hora de tener en cuenta los factores de flexibilidad y de concentración detensiones (CIF)

NOTA IMPORTANTE : Previamente resulta necesario definir las propiedades del material, a latemperatura de diseño.



4.2. SolicitacionesMedinate el mismo de generación directa resulta posible introducir las principales solicitaciones de la redde tuberías. De este modo, se pueden introducir las siguientes cargas : - Temperaturas y/o gradientes de temperatura - Presión interna - Presión debida a la altura hidrostática.



4.3. Definición del modelo de tuberíasPara cada tipo de tubería (diámetro, espesor y condiciones de trabajo), será necesario especificar lasopciones anteriores.

Una vez hecho, el modo de generar la red consiste en seleccionar un nodo existente (caso de que lohubiera), o bien comenzar en una posición en el espacio, para lo cual se cuenta con la opción indicada enel cudro siguiente :

Para la definición de los tramos rectos de avance de la tubería, a partir del punto definido anteriormente,se dispone de la ventana de introducción de datos "Pipe run", siguiente :

Número a asignar al nodo decomienzo de la tubería (en casode que fuera necesrio)

Posición espacial delcomienzo de latubería (X,Y,Z)

Desplazamientos relativos respecto del punto dearranque o desde el último punto que haya sidodefinido (DX,DY,DZ)

Nº dedivisiones deltramo

Controles de lanumeración de lasentidades credas



4.4. Definición de accesorios.Resulta posible definir la mayoría de los accesorios de las tuberías mediante el menú de generacióndirecta, con sólo seleccionar el tipo de accesorio de entre los disponibles :

- Introdución de un ramal T - Introducción de un codo (radio corto o largo) - Introducción de un codo por gajos - Introdución de una reducción - Introducción de una válvula - Introducción de una brida - Introdución de un compensador - Introducción de un soporte tipo muelle - Introducción de un soporte no lineal

ANSYS, una vez seleccionado el tipo de accesorio, nos preguntará donde lo queremos insertar, así comosus características, las cuales dependen del tipo elegido.



4.5. Solución y revisión de resultadosEl análisis de resultados se realiza en el postprocesador general de ANSYS POST1.

Los dos tipos de resultados que nos interesan son :- Tensiones- Desplazamientos

Dado que los elementos son del tipo lineal, resulta necesario definir "Tablas de resultados" pararepresentar los valores de desplazamientos y de tensiones en los elementos, pues, de otro modo, no seencuentran disponibles.

Para ello, una vez dentro del postprocesador, elegir la opción :

Lectura de resultados Se leen los resultados del caso de carga actualSiguiente caso de cargaUltimo caso de cargaCaso de carga especificado

Dibujar resultadosListar resultadosResultados de seleccionesOpciones de salida de resultadosCalculos nodalesTabla de resultadosOperaciones con caminosControl de casos de carga (operaciones)Escribir resultados



Seleccionando la opción “Element Table”, aparece un submenú :

Definir tabla de resultadosDibujar tabla de resultados

El primer paso consiste en definir las tablas de resultados, para lo cual es necesario saber el item y lasecuencia en que ANSYS los crea :



En nuestro caso, por ejemplo:- La tensión de Von Mises corresponde al item NMISC, secuencia 89- La tensión de Tresca corresponde al item NMISC, secuencia 88- La tensión directa (longitudinal) corresponde al item NMISC, secuencias 13 (nudo i) y 15 (nudo j)- La tensión de flexión corresponde al item NMISC, secuencias 90 y 92 (nudo i – j)

Etc.

Una vez definidas las tablas de resultados, éstos se muestran mediante la opción “Plot elemet. Table” :

ansys - tutorial caste llano

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