Comparación de diseño plástico (modelo Shell) y modelo de miembro no lineal

Artículo técnico

El siguiente ejemplo presenta una comparación entre un modelo de shell y un modelo de miembro simple realizado en RFEM. En el caso del modelo de carcasa, una viga se suspende dentro de las superficies y se modela con restricciones en ambos lados debido a las condiciones de contorno. Este es un sistema estáticamente indeterminado que formará bisagras de plástico cuando se sobrecargue. La comparación se lleva a cabo en un modelo miembro, que tiene las mismas condiciones de contorno que el modelo de shell.

Figura 01 - Modelo completo

Entrar en el modelo de shell

Puede crear el modelo de shell en RFEM, que brinda la opción de generar directamente un elemento miembro en las superficies (función 'Generar superficies a partir del miembro'). Se crea inicialmente un miembro con la longitud de 4 m. Se selecciona el tipo de sección transversal IPE 200. Después de modelar las vigas, las superficies se generan a partir del miembro mediante la función mencionada anteriormente.

Figura 02 - Generar superficies a partir del miembro

Después de crear un modelo de shell puro de la viga, puede definir las condiciones de contorno. La viga debe apoyarse en ambos lados. Estas condiciones de contorno se pueden crear con el uso de soportes de línea. Para esta aplicación, la web y las bridas del modelo de superficie se pueden soportar con soportes de línea. No se requiere una restricción completa del soporte, ya que la restricción se debe al límite de los grados de libertad de traslación en la banda y la brida.

Figura 03 - Condiciones de soporte

Después de ingresar las condiciones de contorno, puede definir el comportamiento plástico de las superficies seleccionando el modelo de material Isotrópico plástico 2D / 3D. Este modelo de material le permite considerar la plastificación de la superficie durante el cálculo. En el mismo cuadro de diálogo, también puede configurar la tensión equivalente de von Mises, ya que la resistencia del material se establece en 24 kN / cm². Cuando especifica el comportamiento plástico del material, el incremento de carga se activa automáticamente en los parámetros de cálculo. El incremento de carga contribuirá a un comportamiento de convergencia más eficiente en el cálculo.

Figura 04 - Modelo de material

Se aplica una carga de línea a la estructura en la línea de intersección entre la pestaña superior y la red. La magnitud de carga se establece en 45 kN / m. Las bisagras de plástico comienzan a formarse en ambos soportes.

Figura 05 - Carga

Después del cálculo de toda la estructura, las deformaciones están disponibles de inmediato. Es posible cambiar las vistas a la tensión equivalente según von Mises. La configuración predeterminada para RFEM muestra las tensiones con contornos suavizados. Esto provoca una visión distorsionada de los resultados porque se excede la tensión máxima del plástico. Por lo tanto, es necesario seleccionar la opción de visualización 'Constante en los elementos' para las fuerzas internas y las tensiones en la superficie. Estos resultados representan el valor medio de cada elemento FE. Los valores de nodo del elemento FE se utilizan para la generación del valor medio. Cuando se utiliza un comportamiento de material plástico o no lineal, siempre es necesario seleccionar la opción de visualización 'Constante en los elementos'. Esto permite que la tensión plástica del elemento se muestre con precisión después de que haya ocurrido el comportamiento plástico.

Figura 06 - Distribución de fuerzas internas / tensiones.

Para realizar la comparación con el cálculo analítico, es necesario hacer que los resultados del modelo de superficie sean comparables a los del modelo analítico. Para esto, es posible utilizar un haz de resultados. Con un haz de resultado, todas las tensiones superficiales o sólidas en el modelo se pueden integrar juntas. Se puede realizar una comparación con el modelo analítico.

El miembro está definido en este modelo. Cuando el miembro 1D se genera en un modelo de superficie, aparece un miembro ficticio en la ubicación del miembro original, que sirve como marcador de posición. Este miembro no tiene rigidez y no será considerado en el cálculo. Puede cambiar el tipo de miembro de 'Dummy' a 'Result Beam'. Todas las superficies se pueden asignar a este haz de resultados para ver las fuerzas internas como un valor resultante. Para este ejemplo, la brida y las superficies de la banda se incluyen en el haz de resultados para ver los resultados de la fuerza interna de los elementos como si fueran un solo miembro.

Figura 07 - Definición de haz de resultado

Ingresando Modelo de Miembro

A modo de comparación, ahora se crea un modelo de miembro simple y se carga para formar una bisagra de plástico. Se define un miembro simple con una sección transversal de IPE 200. Para este miembro, crearemos un material agregado con propiedades de material isotrópico. El tipo de acero S235 se selecciona para esta entrada. Existe la opción adicional de considerar una bisagra plástica bajo No linealidad de miembros. Dado que solo se debe definir una liberación de momento de plástico, todas las demás fuerzas internas se configuran en un valor grande para que no se vean afectadas. El momento límite de plástico para IPE 200 con S235 se puede calcular de la siguiente manera:

$$ \ begin {array} {l} {\ mathrm M} _ \ mathrm {ply} \; = \; {\ mathrm f} _ \ mathrm y \; \ cdot \; {\ mathrm W} _ \ mathrm { capa} \\ {\ mathrm M} _ \ mathrm {capa} \; = \; 24 \; \ mathrm {kN} / \ mathrm {cm} ^ 2 \; \ cdot \; 220.6 \; \ mathrm {cm} ^ 3 \; = \; 54 \; \ mathrm {kNm} \ end {array} $$

Figura 08 - Definición de bisagra plástica

Se supone que las condiciones de contorno están restringidas en ambos lados para comparar el modelo actual con el modelo de superficie anterior. La carga se aplica como carga miembro en este ejemplo debido al hecho de que las cargas de línea se pueden usar solo para superficies. La magnitud de carga de los miembros se establece en 45 kN / m.

Evaluación del cálculo comparativo

El resultado de ambos cálculos ahora se puede comparar en el gráfico a continuación. Los resultados son casi idénticos. Con el modelo de superficie, puede ver claramente las bisagras de plástico que se han formado en los soportes. Las fuerzas internas resultantes en el haz resultante son muy similares a las fuerzas internas del modelo de miembro que incluye bisagras de plástico. Las diferencias de resultados se pueden atribuir al modelado del modelo de superficie y la idealización del modelo miembro.

Figura 09 - Comparación de resultados

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