Análisis modal en RFEM 6 utilizando un ejemplo práctico

Artículo técnico sobre el tema del análisis de estructuras usando Dlubal Software

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El análisis modal es el punto de partida para el análisis dinámico de sistemas estructurales. Se puede usar para determinar valores de vibración natural como frecuencias naturales, deformadas de modos, masas modales y coeficientes de masa modales eficaces. Este resultado ya se puede usar para el diseño de vibraciones y se puede usar para análisis dinámicos adicionales (por ejemplo, cargas por un espectro de respuesta).

En RFEM 6 y RSTAB 9, puede realizar un análisis modal utilizando el complemento Análisis modal como uno de los complementos disponibles para el análisis dinámico. Las características de este complemento se discutieron en un artículo anterior de la base de conocimientos titulado "Características del complemento de análisis modal para RFEM 6" . Este artículo le mostrará un ejemplo práctico de cómo utilizar este complemento para determinar los valores de vibración natural de una estructura de varios pisos de hormigón armado.

Un ejemplo práctico

Puede activar el complemento Análisis modal en los datos base del modelo. En la pestaña Estándares II de la ventana Datos base , puede seleccionar el estándar utilizado para el análisis dinámico, de modo que los cuadros de diálogo de entrada del análisis dinámico se ajusten automáticamente al estándar seleccionado (Imagen 1).

A diferencia de RFEM 5, donde se le pide que proporcione los datos de entrada para el análisis modal en el módulo adicional asociado, el complemento Análisis modal en RFEM 6 está completamente integrado en el programa. Por lo tanto, la interfaz de usuario se amplía con nuevas entradas en el navegador, tablas y cuadros de diálogo después de activar el complemento y seleccionar el estándar de diseño.

De esta manera, puede inicializar la entrada de datos para el análisis modal directamente en la ventana Casos de carga y combinaciones . El primer paso es crear un caso de carga con análisis modal como tipo de análisis (Imagen 2) e importar masas directamente desde casos de carga o combinaciones de carga de interés.

Como se discutió en el artículo anterior de la base de conocimientos titulado "Características del complemento de análisis modal para RFEM 6" , puede crear una situación de diseño basada en un código de diseño seleccionado y usarlo para el análisis modal, como en la combinación de carga seleccionada en Imagen 2. En este ejemplo, las combinaciones se crean según la norma EN 1990 y el anexo nacional alemán (DIN | 2012-08) que se muestra en la Imagen 3. Por lo tanto, puede crear una situación de diseño con un tipo de combinación de masa sísmica en función de la cual el programa generará automáticamente una combinación de carga con los coeficientes de combinación preestablecidos para el estándar seleccionado. Esta combinación de cargas, de hecho, contiene las masas que se utilizarán para el análisis modal (Imagen 4). Al importar las masas, los componentes de carga en la dirección Z global se consideran por defecto (Imagen 5).

La configuración del análisis modal se puede definir más en la ventana Configuración del análisis modal , donde puede seleccionar el método para determinar el número de formas de modo (Imagen 6). En este ejemplo, el número de formas de modo más pequeñas que se calcularán se establece manualmente en 12. Otra opción es establecer la frecuencia natural máxima para que las formas del modo se determinen automáticamente hasta que se alcance la frecuencia natural establecida.

El método para resolver el problema de valores propios también debe seleccionarse de los tres métodos disponibles en RFEM 6: Lanczos, raíces de polinomio característico e iteración del subespacio. En RSTAB 9, por otro lado, hay dos métodos disponibles: iteración subespacial e iteración inversa desplazada. Aunque todos ellos son adecuados para determinar los valores propios exactos, la elección está condicionada por el tamaño del sistema de apoyo a considerar. En este ejemplo, se emplea el método de Lanczos para determinar los n-modos propios más bajos y los valores propios correspondientes de la estructura. A continuación, se define que las masas actúan en las direcciones X e Y globales. También puede considerar las masas que giran alrededor de los ejes globales X, Y y Z, pero considerando la estructura en este ejemplo, esto no es necesario.

Una vez definida la configuración del análisis modal, puede iniciar el cálculo y obtener los resultados tanto en forma gráfica como tabular. Por lo tanto, además de la visualización de masas (discutida con más detalle en el artículo de la base de conocimientos titulado "Características del complemento de análisis modal para RFEM 6" ), el Navegador de resultados le permite ver todas las formas modales de las estructuras, como se muestra en la Imagen 7.

Las frecuencias naturales de los modos propios correspondientes se pueden encontrar en el Navegador, pero también en la tabla de Resultados como se muestra en la Imagen 7. De hecho, la pestaña Frecuencia natural de la tabla de resultados del Análisis modal le proporciona una descripción general de los valores propios, las frecuencias angulares, las frecuencias naturales y los períodos naturales de su sistema no amortiguado. Los valores se obtienen calculando la ecuación de movimiento de un sistema de múltiples grados de libertad, sin amortiguamiento con el solucionador de valores propios. A partir de los valores propios λ [1/s 2 ], se derivan las frecuencias angulares ω [rad/s], dado que están relacionadas mediante la relación λi = ωi 2 . A continuación, se obtiene la frecuencia natural f [Hz] considerando que f = ω/2π. Finalmente, el período natural T [s] se puede calcular como el recíproco de la frecuencia (es decir, T = 1/f).

En las tablas de Resultados para el análisis modal, también puede mostrar las masas modales efectivas (que describen cuánta masa se activa en cada dirección por cada modo propio del sistema), los factores de masa modal correspondientes y los factores de participación. Por ejemplo, si está interesado en realizar un análisis de espectros de respuesta posteriormente, puede comprobar si los factores de masa modal efectivos de una forma específica deben tenerse en cuenta para el cálculo del espectro de respuesta de acuerdo con los requisitos de una determinada norma. Esto se muestra en la Imagen 8.

Comentarios finales

Puede utilizar el complemento Análisis modal para determinar los valores de vibración natural de las estructuras, como las frecuencias naturales, las formas modales, las masas modales y los factores de masa modales efectivos en RFEM 6. Las características del complemento se analizan con más detalle en un artículo anterior de la base de conocimientos titulado "Características del complemento de análisis modal para RFEM 6" .

Este artículo, por otro lado, le muestra un resumen de cómo realizar un análisis modal en RFEM 6. Por lo tanto, todo lo que debe hacer es crear un caso de carga de un tipo de análisis modal, importar masas directamente desde los casos de carga y/o combinaciones de carga de interés, y definir la configuración del análisis. Una vez realizado el cálculo, los resultados en términos de valores de frecuencia natural, masas modales efectivas, factores de participación y masas en puntos de malla están disponibles para usted. Este resultado se puede utilizar para fines de diseño y para un análisis dinámico adicional en el programa (por ejemplo, carga por un espectro de respuesta).

Autor

Irena Kirova, M.Sc.

Irena Kirova, M.Sc.

Marketing y soporte al cliente

La Sra. Kirova es responsable de la creación de artículos técnicos y proporciona soporte técnico a los clientes de Dlubal.

Palabras clave

Análisis modal Valores de vibración naturales

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  • Actualizado 22. agosto 2022

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RFEM 6
Recibidor con cubierta abovedada

Programa principal

El programa de análisis estructural RFEM 6 es la base de un sistema de software modular. El programa principal RFEM 6 se usa para definir estructuras, materiales y cargas de sistemas estructurales planos y espaciales compuestos por placas, muros, láminas y barras. El programa también puede diseñar estructuras combinadas, así como elementos sólidos y de contacto.

Precio de la primera licencia
4.450,00 EUR
RSTAB 9
software de análisis de estructuras y entramados reticulares

Programa principal

El programa de análisis y diseño de estructuras de pórticos y entramados RSTAB 9 contiene una gama de funciones similar al software RFEM de elementos finitos, prestando especial atención a los pórticos y entramados. Por lo tanto, es muy fácil de usar y durante muchos años ha sido la mejor opción para el análisis estructural de estructuras de vigas compuestas de acero, hormigón, madera, aluminio y otros materiales.

Precio de la primera licencia
2.850,00 EUR
RFEM 6
Análisis modal

Análisis dinámico

In the Modal Analysis add-on, eigenvalues, natural frequencies, and natural periods for member, surface, and solid models can be calculated.

Precio de la primera licencia
1.150,00 EUR
RSTAB 9
Análisis modal

Análisis dinámico

En el complemento Análisis modal, se pueden calcular los valores propios, las frecuencias naturales y los períodos naturales para los modelos de barras, superficies y sólidos.

Precio de la primera licencia
1.150,00 EUR