Superficie

Con las superficies se describe la geometría de componentes estructurales planos o curvados, cuyas dimensiones superficiales son considerablemente mayores que los espesores. La rigidez de una superficie se deriva de su material y espesor. Al generar la malla de elementos finitos se crean elementos 2D en las superficies. Estos se aplican para el cálculo en el eje de gravedad de la superficie.

Para introducir una superficie puede utilizar 'líneas de contorno' existentes. También puede utilizar la introducción directa, en la cual el programa genera automáticamente las líneas de definición.

La pestaña Básico gestiona los parámetros elementales de la superficie. Al activar casillas se añaden otras pestañas en las que puede introducir los datos específicos.

Tipo de rigidez

El tipo de rigidez controla de qué manera se pueden absorber los esfuerzos internos o qué propiedades se presuponen para la superficie.

En la lista se pueden seleccionar diferentes tipos de rigidez.

Estándar

La superficie transmite momentos y esfuerzos de membrana. Este planteamiento describe el comportamiento general de un modelo de superficies homogéneo e isótropo. Las propiedades de rigidez de la superficie son independientes de la dirección.

Sin espesor

La superficie no posee rigidez. Este tipo debe utilizarse para las superficies de contorno de un sólido.

Rígida

Con este tipo de rigidez se pueden representar superficies muy rígidas para modelar una conexión rígida entre objetos.

Membrana

La superficie presenta una rigidez uniforme en todas las direcciones. Sin embargo, solo se transmiten esfuerzos de membrana en estado de tracción (n_x, n_y) así como fuerzas cortantes de membrana (n_xy). Ante compresión, esfuerzos cortantes y momentos, los elementos de superficie afectados quedan fuera de servicio.

Membrana solo tracción

Solo se transmiten momentos y esfuerzos de membrana en estado de compresión. Ante esfuerzos de membrana que causan tracción se produce un fallo de los elementos de superficie afectados (ejemplo: aplastamiento en agujero).

Transmisión de cargas

Con este tipo se pueden aplicar cargas superficiales en áreas que no están rellenas con superficies, como por ejemplo cargas de viento en ventanas o en las barras de una nave. La carga de esta superficie se distribuye en los bordes o en los objetos integrados. Si se generan cargas en barra, la carga se convierte en relación con las direcciones globales y las longitudes reales de las barras (direcciones de carga X_L, Y_L, Z_L). La superficie en sí no posee rigidez.

Los criterios para la transmisión de cargas puede definirlos en la pestaña Transmisión de cargas.

La 'dirección de transmisión de cargas' describe en qué dirección(es) se debe aplicar la carga a los objetos. La lista ofrece posibilidades de selección para una distribución isótropa basada en un cálculo FEM, así como para una disposición ortótropa en bandas de superficie que se aplican en uno o ambos ejes locales de la superficie para la determinación de la anchura de la franja de superficie.

Con la opción 'Isótropo | FEM', RFEM utiliza un modelo parcial separado para la determinación de la distribución de carga, en el cual la superficie se representa mediante un elemento de superficie rígido. Todos los objetos integrados en la superficie (barras, apoyos lineales y de nudo, líneas conectadas con elementos de modelo, acoplamientos o nudos, etc.) se sustituyen por líneas rígidas o apoyos de nudo rígidos. Las reacciones de este modelo parcial se aplican entonces como cargas para el cálculo 3D de RFEM. Si determinados objetos no deben transmitir cargas, puede indicarlos en la sección 'Sin efecto en'.

En la transmisión de cargas mediante bandas de superficie puede definir cómo debe realizar RFEM la 'distribución de carga'. Por defecto, la carga se distribuye con una evolución variable en los objetos adyacentes. Sin embargo, si desea una evolución constante de la carga, seleccione la entrada correspondiente en la lista. La diferencia entre ambas variantes se muestra en la siguiente imagen.

Las opciones de introducción para la 'anchura de la franja de superficie', el 'factor de suavizado' y el 'número mínimo de franjas en la superficie' son accesibles cuando se activa la casilla Ajustes avanzados de distribución en la sección 'Opciones'. Los ajustes solo son necesarios en distribuciones de carga problemáticas. La acción de estos parámetros se explica en el artículo especializado Ajustes avanzados de distribución en áreas de transmisión de cargas mediante un ejemplo.

Para el área de transmisión de cargas también puede 'definir un gramaje' de la superficie, para considerar por ejemplo el peso propio de un vidriado.

En la sección 'Sin efecto en' puede excluir barras, líneas y nudos de la transmisión de cargas (por ejemplo arriostramientos). Defina los objetos individualmente o seleccione un objeto patrón que esté paralelo a las barras o líneas sin carga.

Cuando las líneas de contorno de la superficie están definidas, en la sección 'Objetos cargados' se indican las barras, líneas y nudos cargados. Si desea una distribución de carga específica, active en la pestaña 'Básico' la casilla Factor de distribución de carga. A continuación puede definir individualmente los coeficientes para los objetos de transmisión de carga en la pestaña Factores de distribución de carga.

En la transmisión de cargas mediante bandas de superficie puede tener en cuenta la 'excentricidad de barra' o la 'distribución de sección' para capturar correctamente la posición geométrica de una barra o su evolución (véase el capítulo Sección). La casilla 'Despreciar el equilibrio rotacional' no está activada por defecto. Con ello, el momento de las cargas superficiales se forma respecto al centro de gravedad y se compara con el momento de las cargas en barra respecto al centro de gravedad. Sin embargo, para cargas en nudo esta opción carece de importancia. La siguiente imagen muestra cómo se distribuye una carga lineal libre con y sin consideración del equilibrio rotacional en las barras opuestas.

Rigidización

Con este tipo de rigidez se pueden considerar de forma sencilla y realista en el modelado los efectos estabilizadores de chapas trapezoidales, correas y arriostramientos. Las propiedades se describen con más detalle en la función del producto Tipo de rigidez de superficie "Rigidización".

Superficie de resultados

Este tipo de rigidez permite transformar tensiones y fuerzas de otros objetos en esfuerzos internos de superficie mediante un procedimiento de integración. De este modo puede determinar, por ejemplo, en un sólido las tensiones de membrana y de flexión que deben calcularse con diferentes coeficientes parciales de seguridad.

Otros criterios para integrar resultados puede definirlos en la pestaña Superficie de resultados.

Seleccione en la sección 'Integrar tensiones y fuerzas' si los resultados deben capturarse únicamente en relación con los objetos o también geométricamente dentro de un área. Defina en la sección 'Incluir objetos' las superficies y sólidos relevantes. Alternativamente, seleccione los objetos 'Todos' y excluya luego determinados elementos en la sección 'Excluido de los objetos inclusivos'.

Si se deben integrar los resultados de un área determinada "por debajo" y "por encima" de la superficie, puede definir las distancias relevantes en la sección 'Parámetro'. Se refieren al eje z local perpendicular al plano de la superficie.

Tipo de geometría

El tipo de geometría describe el concepto formal de una superficie. En la lista se pueden seleccionar diferentes tipos.

Plano

En una superficie plana, todas las líneas de contorno se encuentran en un plano. Mediante el botón de lista se accede a diferentes formas de superficies planas.

Puede definir la superficie (tras hacer clic en OK en el diálogo) gráficamente dibujando un rectángulo, círculo, etc. Si 'selecciona su contorno', RFEM reconoce automáticamente la superficie en cuanto se fija un número suficiente de líneas de contorno.

Cuadrángulo

Este tipo de superficie describe en su forma básica una superficie general de cuatro lados. Como líneas de contorno son posibles líneas rectas, arcos, polilíneas y splines. De este modo se pueden modelar superficies curvadas.

Defina en el diálogo 'Nueva superficie' las líneas de contorno de la superficie cuadrangular. Si la superficie cerrada no puede formarse con cuatro líneas, también se permiten más de cuatro líneas. En la pestaña 'Cuadrángulo' se indican entonces los cuatro nudos de esquina. Estos controlan cómo se despliega la superficie curvada.

NURBS

Las superficies NURBS se forman a partir de cuatro líneas NURBS cerradas (véase el capítulo Líneas). De este modo se pueden modelar casi cualquier superficie de forma libre.

Defina en el diálogo 'Nueva superficie' las líneas de contorno de la superficie NURBS. Los pares respectivamente opuestos de líneas NURBS deben presentar el mismo número de puntos de control para que el orden de estas líneas NURBS sea "compatible". En la pestaña 'NURBS' puede influir entonces en la forma de la superficie mediante los 'pesos de los puntos de control'. Las coordenadas del punto de control seleccionado se indican en la sección 'Coordenadas - Punto de control'.

Recortada

Cuando se intersecan superficies, puede generar rápidamente la intersección: seleccione las superficies y abra el menú contextual. Hay varias posibilidades para seleccionar.

Con la opción 'Generar intersección' solo se genera la línea de intersección. Si selecciona una de las opciones 'Dividir mediante intersección', RFEM genera sub-superficies y les asigna el tipo 'Recortada'. A continuación puede eliminar componentes si, por ejemplo, desea eliminar superficies sobresalientes.

Revolución

Una superficie de revolución se produce cuando una línea existente se gira alrededor de un eje. RFEM genera la superficie a partir de los nudos inicial y final, así como de los puntos de definición rotados de la línea. Para ello se generan nuevas líneas.

Defina en la pestaña 'Revolución' la línea de contorno de la superficie que debe rotarse. Indique el ángulo de rotación α. Los puntos del eje de rotación puede determinarlos mediante las coordenadas o gráficamente con el botón .

Tubo

Una superficie de tubo se produce cuando la línea central del tubo se gira en un radio alrededor de este eje. Para ello se generan nuevas líneas: dos círculos y una polilínea paralela al eje del tubo.

Defina en la pestaña 'Tubo' el radio del tubo. Este valor describe la distancia desde el eje del tubo hasta el centro de la superficie. Indique el número de la línea central o seleccione el eje del tubo gráficamente con el botón .

Si la sección de tubo es cónica, active la casilla 'Radio diferente al final' e indique el valor correspondiente.

Spline con curvatura mínima

Con este tipo de geometría puede crear una superficie curvada mediante nudos de control que se encuentran en la superficie o también fuera de ella. De este modo se pueden modelar, por ejemplo, superficies de terreno.

Defina el 'sistema de coordenadas' del plano de referencia e indique las 'coordenadas de muestra en el sistema de coordenadas'. Estos puntos representan los nudos de control de la superficie spline. Defina luego las 'líneas de contorno del plano de referencia' o seleccione las líneas gráficamente mediante el botón .

Espesor con material

Seleccione en la lista de espesores existentes el tipo adecuado o defina un nuevo espesor (véase el capítulo Espesores).

Material del espesor

El material del espesor definido en la sección superior está preseleccionado. Si es necesario, puede seleccionar en la lista de materiales ya creados otro material o definirlo de nuevo (véase el capítulo Materiales). Este material se asigna entonces al tipo de espesor.

Articulaciones

Con una articulación se puede controlar la transmisión de los esfuerzos internos a lo largo de una línea de la superficie (véase el capítulo Articulaciones lineales. Tras activar la casilla puede definir el tipo de articulación en la pestaña 'Articulaciones'.

Apoyos

Si la superficie tiene una cimentación elástica, puede seleccionar o definir de nuevo el apoyo superficial en la pestaña 'Apoyos' (véase el capítulo Apoyos superficiales).

Liberación

Para desacoplar el modelo en la superficie, puede seleccionar o definir de nuevo una liberación de superficie en la pestaña 'Liberación' (véase el capítulo Liberaciones de superficie).

Excentricidad

Con una excentricidad se puede modelar un desplazamiento de altura de toda la superficie (véase el capítulo Excentricidades de la superficie). Puede definir el tipo de desplazamiento en la pestaña 'Excentricidad'.

Factor de distribución de carga

Para una superficie del tipo Transmisión de cargas existe la posibilidad de definir factores de distribución para los objetos de transmisión de carga. Al activar la casilla, puede asignar estos factores individualmente en una nueva pestaña.

Los objetos cargados del área de transmisión de cargas están predefinidos en una fila. Cada objeto tiene asignado el factor 1.00, de modo que todos los objetos contribuyen de manera uniforme a la transmisión de carga. Si desea una distribución específica, haga clic en la siguiente fila libre y seleccione la línea o la barra. Asigne entonces el 'factor de distribución' adecuado.

Refinamiento de malla

La anchura de malla de la malla de elementos finitos puede adaptarse a la geometría de la superficie (véase el capítulo Refinamientos de malla de superficie). De este modo es independiente de los ajustes generales de la malla. En la pestaña 'Refinamiento de malla' puede seleccionar o definir de nuevo el refinamiento de malla de superficie.

Ejes específicos

Cada superficie posee un sistema de coordenadas local. Normalmente está orientado paralelo a los ejes globales. Sin embargo, el sistema de coordenadas también puede definirse de forma personalizada, separado para la entrada y la salida.

Ejes de entrada

La orientación de los ejes de entrada es importante, por ejemplo, para las propiedades de ortotropía y cimentación o para el efecto de una carga superficial.

La lista en la sección 'Categoría' ofrece diferentes posibilidades para adaptar la posición de los ejes:

• Rotación angular: giro de los ejes xy de la superficie alrededor del eje z con el ángulo α
• Eje paralelo a líneas: orientación del eje x o y a una línea
• Eje dirigido a un punto: orientación del eje x o y hacia la intersección de una línea con la superficie
• Eje paralelo al sistema de coordenadas: orientación de los ejes a un sistema de coordenadas definido por el usuario

Puede determinar los objetos de referencia gráficamente mediante el botón .

La casilla 'Invertir eje local z' permite orientar los ejes z e y de forma opuesta.

Ejes de resultados

Actualmente, la orientación de los ejes de resultados solo es posible como 'Idéntica a los ejes de entrada'.

Rejilla para resultados

Cada superficie está cubierta con una rejilla que se utiliza para la salida de resultados en las tablas. Permite una salida independiente de la malla de elementos finitos en puntos de resultado regulares y ajustables.

Por defecto, está preseleccionada una rejilla de superficie cartesiana con una separación entre rejillas uniforme de 0,5 m en ambas direcciones. Si es necesario, puede ajustar aquí las 'separaciones entre rejillas' en dirección x (b) y en dirección y (h), realizar una 'rotación de la rejilla' o cambiar el 'origen de la rejilla'. Para superficies circulares, el tipo de rejilla 'Polar' ofrece una alternativa para la salida numérica de resultados.

Si en la sección 'Opciones' está activada la casilla 'Ajustar automáticamente', los puntos de rejilla se adaptan a la nueva geometría al modificar la superficie.

En la sección 'Puntos' puede comprobar las coordenadas de los puntos de rejilla generados. No es posible realizar cambios en la tabla.

Objetos integrados

RFEM reconoce normalmente de forma automática todos los objetos que se encuentran en la superficie pero que no se utilizaron para la definición de la superficie.

Los números de los nudos, líneas y aberturas asignados a la superficie se indican en la sección 'Objetos integrados en la superficie'.

Si un objeto no se reconoce, debe integrarlo manualmente: desactive la Detección automática de objetos. Los campos de entrada en la sección 'Objetos integrados en la superficie' son ahora accesibles. Añada el número de objeto que falta o utilice el botón para determinar el objeto gráficamente.

Activar transmisión de cargas

La casilla permite distribuir la carga de la superficie, independientemente de su tipo de rigidez, mediante un área de transmisión de cargas. De este modo, la superficie actúa en el modelo mediante su rigidez. La distribución de la carga en los objetos adyacentes, en cambio, se controla mediante los parámetros que puede definir en la pestaña Transmisión de cargas. Esta función es relevante principalmente para superficies del tipo de espesor Panel de vigas.

Desactivar para el cálculo

La casilla ofrece la posibilidad de no considerar la superficie en el cálculo, por ejemplo para simular fases de construcción o examinar una variante de modelado. En este caso, no se aplican la rigidez, las condiciones de contorno y las cargas de la superficie.

Información | Analítico

Esta sección se muestra en cuanto haya definido las líneas de contorno de la superficie. Ofrece una visión general de las propiedades importantes de la superficie, como el contenido de superficie, el volumen y la masa, así como la posición del centro de gravedad de la superficie y la orientación de la superficie. Las aberturas se consideran correspondientemente.