8/13/2019 Combined Shell and Beam

http://slidepdf.com/reader/full/combined-shell-and-beam 1/6

Combination of  Shell and Beam Elements Problem Statement: Consider a plate welded to two beams as shown below. Determine the . . . 

a.  deflection of  the structure 

b.  x‐component of  stress acting on the model 

c.  y‐component of  stress acting on the model 

d.  z‐component of  stress acting on the model 

X 

96 in 

48 in 

Y 

X 

Z 

Pressure acting on the plate: 50 psi 

1 in 

4 in 

2 in 

Front view 

Y 

8/13/2019 Combined Shell and Beam

http://slidepdf.com/reader/full/combined-shell-and-beam 2/6

ANSYS procedure: 1.  Preprocessor >Element type > Add/Edit/Delete > (Add) > (Shell) > (8 node 93) > Apply  > (Add) > 

Beam > (3 node 189) 

2.  Preprocessor > Real constants > Add/Edit/Delete > (Add) > Type 1 (Shell 93) > OK > Shell 

thickness at node I = 1 > OK 

3.  Preprocessor > Material properties > Material models > Structural > Linear > Elastic >  Isotropic 

Enter EX = 296 and PRXY = 0.3 

4.  Preprocessor >Modeling >  Create > Key points > In active CS 

Key point  X coordinate  Y coordinate  Z coordinate 

1  0  0  0 

2  48  0  0 

3  48  0  96 

4  0  0  96 

5  0  40  48 

6  48  40  48 

Keypoints 5 and

 6 are

 orientation

 keypoints

 that

 will

 be

 used

 for

 the

 BEAM189

 elements.

 

5.  PlotCtrls > PanZoomRotate > Iso 

6.  Preprocessor  >  Modeling  >  Create  >  Lines  >Lines  >  Straight  lines  (Click  on  the  key  points 

1,2,2,3,3,4,4,1 to create the boundary of  rectangle ) 

7.  Preprocessor > Modeling > Create > Areas > Arbitrary > By  lines > Pick  the  four  lines, starting 

with 1  and ending with 4,  to make  a  rectangular  area.  The  order  that  the  lines  are  entered  can 

influence the surface normal and the direction that the pressure loading acts (up or down). 

8.  Preprocessor  >  Meshing  >  Mesh 

tool > Element attributes > Areas > 

Set > Pick

 area

 > OK

 > 

TYPE = Shell 93 > OK 

9.  Preprocessor  >  Meshing  >  Mesh 

tool  >  Size  cntrls  >  Areas  >  Set  > 

Pick area > OK > SIZE = 4 

10. Preprocessor  >  Meshing  >  Mesh 

tool > Mesh > Areas > Free > Mesh 

> Pick area > OK 

11. Preprocessor > Meshing > Mesh tool > Element attributes > Lines > Set > Pick line 2 (the one 

between keypoints 2 and 3) > OK > TYPE = Beam 189 > Orientation key points = Yes > OK > Pick 

key point 5 >OK 

12. Preprocessor > Meshing > Mesh tool > Element attributes > Lines > Set > Pick line 4 (the one 

between keypoints 3 and 4) > OK > TYPE = Beam 189 > Orientation key points = Yes > OK > Pick 

key point 6 >OK 

Line 1 

Line 2

8/13/2019 Combined Shell and Beam

http://slidepdf.com/reader/full/combined-shell-and-beam 3/6

 

13. Preprocessor > Meshing > Mesh tool > Mesh > Lines > Mesh > Pick lines 2 and 4 > OK 

14. Utility menu > Plot ctrls > Style > Size and shape > /ESHAPE = on > OK 

15. Preprocessor > Sections > Beam > Common sections > 

Front view 

Since the SAME  lines were used to define beam elements AND the area from which the shell elements 

were meshed, the shell and beam elements share the same degrees of  freedom along the long edges of  

the plate. Also note that since quadratic elements (3 nodes on a side) were used for the shell and beam 

elements, there is no chance for unwanted gaps developing between the two element types. 

16. Utility menu > Plot > Replot 

8/13/2019 Combined Shell and Beam

http://slidepdf.com/reader/full/combined-shell-and-beam 4/6

Applying loads: 17. Solution > Define loads > 

Apply > Structural > 

Displacement > On keypoints 

Key point

 DOF

 1  Ux,Uy,Uz = 0 

2  Uy,Uz = 0 

3  Uy = 0 

4  Ux,Uy = 0 

The beams are simply supported, 

and the plate is supported by the 

beams. 

18. Solution > Define loads > 

Apply > Structural > Pressure 

> On areas > Pick area > OK > 

VALUE =50

 

19. Solution > Solve > Current LS Post processing: 

20. General Postproc > Plot results > 

Deformed Shape > Def  + Undef  edge 

8/13/2019 Combined Shell and Beam

http://slidepdf.com/reader/full/combined-shell-and-beam 5/6

 

23. General  Postproc  >  Plot  results  > 

Contour  plot  >  Element  solution  > 

Stress > Y‐component of  stress  > OK 

21. General  Postproc  >  Plot  results  > 

Contour  plot  >  Element  solution  > 

Stress > von Mises stress  > OK 

22. General  Postproc  >  Plot  results  > 

Contour  plot  >  Element  solution  > 

Stress > X‐component of  stress  > OK 

8/13/2019 Combined Shell and Beam

http://slidepdf.com/reader/full/combined-shell-and-beam 6/6

 

24. General  Postproc  >  Plot  results  > 

Contour  plot  >  Element  solution  > 

Stress > Z component of  stress  > OK 

Summary of  results: a.  Maximum deflection : 2.202 in 

b.  Maximum X‐component of  stress : 111668 psi (tensile on bottom of  plate) 

c.  Maximum Y‐component of  stress : ‐ 50 psi (traction on surface = applied pressure, as expected) 

d.  Maximum Z‐component of  stress : 27250 psi 

e.  Maximum von Mises stress : 111835 psi 

This tutorial  was developed  by  David  Hall  and  Sai  Ravi  Kanth Tummala © 2008