Elementos de Casca no Abaqus / Explicit

1. Elementos de Casca no Abaqus/Explicit Felipe Gandin

2. Visão Geral • Elementos de casca convencionais • Elementos de casca contínuos

3. Elementos convencionais de casca • Deslocamento da superfície de referência • Definido pelos: nós dos elementos de casca e a direção normal (geralmente coincide com a superfície média da casca) ou como o deslocamento da superfície média.

4. Por padrão, o deslocamento de casca e espessura são considerados nas restrições de contato do Abaqus/Explicit. • Para fins de estabilidade, o Abaqus adiciona uma inercia rotativa (quadrado do deslocamento) • Quando é necessário o uso de grandes deslocamentos, é melhor utilizar restrições de multi-ponto ou de corpo rígido

5. Grandes deformações em elementos de casca Estes elementos usam uma teoria que inclui cisalhamento transversal • S3R • Não há propagação de modos hourglass • Restrições de corte transversal podem causar bloqueio de cisalhamento • Devido a aproximação de faces, o programa não é muito preciso para cascas curvas

6. S4R: elemento sólido de finalidade geral • Integração reduzida uniformemente (para evitar cisalhamento e bloqueio) • O elemento tem vários modos de hourglassque podem se propagar ao longo da malha • Para cascas grossas: converge a teoria flexível de corte • Para cascas finas: converge para a teoria clássica

7. Elemento axissimétrico de casca com resposta axissimétrica • Estes elementos podem ser utilizados quando a geometria e ao carregamento da estrutura é axissimétrico. • - Um tipo de elemento disponível:• SAX1 (interpolação linear)- Este elemento possui três graus de liberdade por nó e conta para as tensões de membrana finitos.

8. Grandes deformações em elementos de casca Estes elementos usam uma teoria que inclui cisalhamento transversal -S4RS (quadrilátero) * Baseia-se sobre a formulação dada por Belytschko, Lin, e Tsay (1984). * Elemento de casca muito eficiente • S4RSW (quadrilátero) * Baseado nas formulações dadas por Belytschko, Wong, e Chiang (1992) * Termosadicionados para resolverproblemas do primeiro elemento • S3RS (triangular) * Baseado nas formulações de S4RS

10. Rigidez ao cisalhamento para pequenos elementos de casca: • Quando a opção SHELL SECTION é usada, estes elementos usam equações diretamente para calcular o corte transversal saliente • Quando a opção SHELL GENERAL SECTION é usada, a rigidez ao cisalhamento para estes elementos é a mesma que para elementos de casca com tensão finita. • Controle de Hourglass para elementos de casca de pequenas deformações: • Um novo parâmetro adicional controla a rigidez associada com o grau de liberdade fora do plano.

11. Elementos contínuos de casca • Visão Geral - São elementos 3D de deslocamento/tensão para modelar estruturas que são geralmente finas

12. Estes elementos permitem: • Diversas aplicações de casca • Comportamentos lineares e não-lineares • Leva em conta os dois lados de contato e modificações de espessura

13. Topologia de elementos • 2 disponíveis no ABAQUS • SC6R (6 nós - triangular) • SC8R (8 nós – hexaedro)

14. Métodos alternativos para a definição da direção de espessura • Baseado no elemento de direções isoperimétrica • Baseado na direção do material

15. Controlando a stackorientationno ABAQUS • Os elementos selecionados são orientados com os respeito a referência da face superior (de topo) • Coordenadas e referências de nós não são alterados • A ferramenta estará disponível apenas para malhas orfãs(criada a partir da geometria de malha ‘nativa’)

16. Mudando a espessura • A mudança de espessura é calculada a partir dos deslocamentos nodais (e33), um módulo de espessura, e uma secçãopelo coeficiente de Poisson. • O ABAQUS calcula a deformação efetiva de espessura com base na variação de espessura e da deformação obtida da aplicação da condição de tensão do plano para uma seção de Poisson (eps). eeff = e33 − eps Eeff: deformação efetiva de espessura (Os módulos de espessura e de Poisson são baseados nas propriedades dos materiais)

17. Superfícies, contato e acoplamento •  As superfícies são definidas no elemento da mesma maneira que eles são definidosem elementos contínuos sólidos. • O contato não ocorre na superfície de referência e sim na superfície real de casca • Acoplamentos são totalmente suportados. Pode-se acoplar diretamente para malhas correspondentes (SHELL TO SOLID COUPLING)

18. Exemplo • Modelamento de um processo que forma uma costura entre o topo e a parede lateral • Usando elementos de casca convencionais aparecerão diversos erros • Utilizando elementos de casca contínuos os problemas serão facilmente resolvidos • Limitações: - Não pode ser usado com materiais hiperelásticos

19. ABAQUS no suporte de visualização é limitado a: • Plotagens de formas de modelos deformados e não-deformados • Plotagens de orientação de material e direção de espessura • Contorno de quantidade de materiais (sem especificar uma seção particular) Podendo passar dados não reais, prejudicando as análises

20. Obrigado