Comparación del diseño de plástico (modelo de cáscara) y el modelo de viga no lineal

Artículo técnico

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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, se suspende una viga 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 de miembro, que tiene las mismas condiciones de contorno que el modelo de shell.

Imagen 01 - Modelo completo

Introducción del modelo de carcasa

Crear un modelo de shell es muy fácil en RFEM. Existe la opción de generar directamente un elemento miembro en superficies (función 'Generar superficies a partir de miembro'). Inicialmente se crea un miembro con una longitud de 4 m. Se selecciona el tipo de sección IPE 200. Después de modelar las vigas, se generan superficies a partir del miembro utilizando la función mencionada anteriormente.

Imagen 02 - Generar superficies a partir de una barra

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

Imagen 03 - Condiciones del apoyo

Después de ingresar las condiciones de contorno, puede definir el comportamiento plástico de las superficies seleccionando el modelo de material 2D/3D de Isotropic Plastic. Este modelo de material le permite considerar la plastificación de la superficie durante el cálculo. En el mismo cuadro de diálogo, también puede establecer el esfuerzo equivalente de von Mises ya que el límite elástico 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.

Imagen 04 - Modelo de material

Se aplica una carga lineal a la estructura en la línea de intersección entre la brida superior y la banda. La magnitud de la carga se establece en 45 kN/m a medida que comienzan a formarse bisagras de plástico en ambas áreas de soporte para esta carga.

Imagen 05 - Carga

Después del cálculo de toda la estructura, las deformaciones están disponibles de inmediato. Es posible cambiar las vistas al esfuerzo equivalente según von Mises. La configuración predeterminada para RFEM muestra las tensiones con contornos suavizados. Esto causa una vista distorsionada de los resultados porque se excede el esfuerzo plástico máximo. Por lo tanto, es necesario seleccionar la opción de visualización 'Constante en elementos' para las fuerzas y tensiones internas 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 el comportamiento del material plástico o no lineal, siempre es necesario seleccionar la opción de visualización 'Constante en elementos' porque el comportamiento del material hace que los valores de los elementos se plastifiquen y, por lo tanto, la tensión del plástico se visualice correctamente.

Imagen 06 - Distribución de esfuerzos internos/tensiones

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

Definir el miembro en este modelo es muy fácil. 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 se considerará en el cálculo. Puede cambiar el tipo de miembro de 'Dummy' a 'Resultado Beam', y todas las superficies se pueden asignar a este resultado para ver las fuerzas internas como un valor resultante. Para este ejemplo, las superficies de la brida y la banda se incluyen en la viga de resultados para ver los resultados de la fuerza interna de los elementos como si fuera un solo miembro.

Imagen 07 - Definición de haz de resultados

Introducción de modelo de miembro

A modo de comparación, ahora se crea y carga un modelo de miembro simple para formar una bisagra de plástico. Se define un miembro simple con una sección de IPE 200. Para este miembro, crearemos un material adicional con propiedades de material isotrópico. El tipo de acero S235 se selecciona para esta entrada. Existe la opción adicional de considerar una bisagra de plástico bajo No linealidad del miembro. Dado que solo se debe definir un momento de liberación de plástico, todas las demás fuerzas internas se establecen 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:
Mply = fy ∙ Wply
Mpliegue = 24 kN/cm 2 ∙ 220,6 cm 3 = 54 kNm

Imagen 08 - Definición de bisagra de plástico

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 de miembro en este ejemplo debido al hecho de que las cargas de línea se pueden usar solo para superficies. La carga máxima del miembro es de 45 kN/m.

Evaluación del cálculo comparativo

El resultado de ambos cálculos ahora se puede comparar en el siguiente gráfico. 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 la viga resultante son muy similares a las fuerzas internas del modelo de miembro que incluye bisagras de plástico. Las diferencias en los resultados se pueden atribuir al modelado del modelo de superficie y a la idealización del modelo de miembro.

Imagen 09 - Comparación de resultados

Palabras clave

Comparación Plastic Modelo de la cáscara No lineal Modelo de barra

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  • Actualizado 10. noviembre 2020

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