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Capítulo 9
LIDOS:
9 ELEMENTOS ESTRUCTURALES SÓ
SOLID45 Y SOLID95
9.1 ELEMENTOS SOLID45 Y SOLID95
Los elementos SOLID se utilizan en la discretización de elementos tridimensionales. El
elemento SOLID45 se puede observar en la Figura 9.1; se define a partir de ocho nodos.
Cada uno de los nodos tiene tres grados de libertad, que corresponden a las tres direcciones
de desplazamiento. Elelemento básico tiene forma de hexaedro, pero puede utilizarse como
prisma e incluso como tetraedro (aunque no se recomienda). La Figura 9.1 identifica
además las caras del elemento y representa su sistema coordenado.

Figura 9.1. Elemento SOLID45.

El elemento SOLID95 se muestra en la Figura 9.2. Es un elemento como el SOLID45, pero
de mayor orden; se define con 20 nodos, con uno en cada puntomedio de las aristas. Este
elemento puede utilizarse también como prisma o como tetraedro sin que implique pérdida
de precisión en los resultados. Son muy apropiados para modelar formas irregulares.

Figura 9.2. Elemento SOLID95.

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INTRODUCCIÓN AL MODELAMIENTO POR ELEMENTOS FINITOS CON ANSYS

9.2 MODELAMIENTO EN 3D
El método de Elementos Finitos es uno de los pocos métodosprácticos para realizar análisis
de estructuras y modelos tridimensionales. El análisis de modelos en 3D conlleva un mayor
uso de recursos computacionales y toma mayor cantidad de tiempo que un análisis
bidimensional; por esto, resulta importante simplificar al máximo el análisis que se realiza
por Elementos Finitos. Casos especiales de la simplificación de estructuras tridimensionales
son elmodelamiento de estructuras de pared delgada o cascarones (Capítulo 7) y el
modelamiento de elementos axisimétricos (Capítulo 8). Si no es posible realizar una
simplificación a tales casos, conviene utilizar las simetrías propias del elemento para
modelar la mitad o la cuarta parte del componente real.
Las formas básicas de los elementos para modelado en 3D son el tetraedro y el hexaedro,
como seobserva en la Figura 9.3. El tetraedro no se utiliza con frecuencia dada la mayor
cantidad de elementos requeridos para lograr un buen enmallado, lo que implica mayor
tiempo de resolución del análisis. Además, la subdivisión de un modelo en tetraedros
(pirámides) no es tan fácil de visualizar como la división en hexaedros (bloques); esto
implica una dificultad adicional en el momento derevisar si el enmallado logrado es
apropiado para el problema en particular.

Figura 9.3. Formas básicas para el modelado en 3D.

En los casos en que la geometría del modelo resulte sencilla se puede realizar el dibujo
directamente en el preprocesador de ANSYS. Sin embargo, para estructuras o elementos
complejos las herramientas de dibujo pueden resultar limitadas comparadas a las de un
programade CAD convencional (AutoCAD, SolidEdge, SolidWorks); puede resultar más
conveniente realizar el modelo en uno de estos programas y luego importar la geometría a
ANSYS haciendo uso de los formatos aceptados (IGES, SAT, Pro/E, ParaSolid,
UniGraphics).

9.3 APLICACIÓN: CARGAS COMBINADAS SOBRE UNA VIGA
RECTANGULAR
PROBLEMA
Una viga rectangular fabricada en acero 1020, de 30 cm de longitud ycon una sección
transversal de 2 por 5 cm, se somete a tres condiciones diferentes de carga: tensión, torsión
y flexión. La viga se encuentra empotrada en uno de sus extremos, como se observa en la
Figura 9.4. La carga de tensión es de 20 kN, el momento de torsión es de 100 N m, y el
momento de flexión es de 200 N m. Debe analizarse la respuesta bajo cada uno de los casos
y bajo un caso decarga combinada en el que actúan los tres estados simultáneamente.

CAPÍTULO 9. ELEMENTOS ESTRUCTURALES SÓLIDOS: SOLID45 Y SOLID95

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Figura 9.4. Viga sometida a cargas combinadas.

TIPO DE ANÁLISIS
Después de haber iniciado ANSYS, seleccione Preferences... del menú principal, y marque
la casilla correspondiente a análisis estructural.
GEOMETRÍA
La geometría puede realizarse a...