Modelado de sistemas de vidrio con apoyos en un punto en RFEM 2

Artículo técnico

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Como se menciona en la Parte 1 del artículo, según la norma actual DIN 18008-3, en la construcción de vidrio se pueden mostrar apoyos puntuales para componentes de vidrio mediante FEM para calcular el estado límite final adecuado. Las reglas para el procedimiento se pueden encontrar en el anexo B de la norma [1].

Bases de diseño

Como base para realizar el diseño, se debe crear de antemano un modelo de cálculo adecuado y compararlo con las especificaciones de la norma o las aprobaciones de la inspección de la construcción [3] de los productos individuales.

Verificación del modelo de cálculo

Como primer paso, se debe verificar la calidad del resultado en el pozo. En este caso, es importante controlar la configuración de la malla FE o refinar la malla FE en el área del agujero para que los resultados correspondan a las especificaciones de los valores especificados en DIN 18008.

Como sistema de arranque, se considera una placa rectangular con un agujero:
a = 300 mm
w = 600 mm
t = 10 mm

Figura 01 - 1 - Discretización en el área del taladro

Esto da como resultado tensiones de como máximo 48,2 N/mm². Según la aprobación [3], estos se encuentran dentro de los límites permitidos de 46 a 52 N/mm² y, por lo tanto, se puede utilizar el modelo.

Además de verificar la tensión en el pozo, el siguiente paso es verificar el modelado del soporte.

Figura 02 - 2 - Modelo del conector en RFEM

Las superficies de los lados superior e inferior del soporte se modelan por medio de sólidos de contacto, que solo pueden transferir fuerzas de compresión. La rigidez del sólido se selecciona en función de la rigidez del soporte del punto existente.

Los siguientes valores resultan para el ejemplo:
Material superior: E = 40 N/mm², G = 13.8 N/mm²
Parte inferior del material: E = 50 N/mm², G = 24,1 N/mm²

Suponiendo los valores máximos permitidos para la carga F D/Z = 8,900 N y F Q = 5,100 N [3], se obtienen las siguientes rigideces:
Presión Z/w Z = 19.347 N/mm
Tensión D/w D = 20.602 N/mm
Transversal Q/u Q = 5.247 N/mm

Si los valores se comparan con la aprobación [3], los resultados con todos los valores están dentro del rango permitido:
15,386 N/mm ≤ c Z, D ≤ 24,372 N/mm
344 N/mm ≤ c Q

El modelo creado se puede seguir utilizando para el cálculo.

Figura 03 - 3 - Verificación de la rigidez del conector

Como paso final, se verifica todo el modelo. En este caso, se combinan ambos subsistemas modelados previamente. Las dimensiones del sistema a considerar, así como los resultados requeridos, se pueden encontrar en las aprobaciones técnicas [3].

Figura 04 - 4 - Modelo de verificación

Los resultados que se muestran en la figura muestran un muy buen acuerdo entre los resultados disponibles y los resultados requeridos. Este modelo FE verificado sirve como base para el cálculo del sistema estructural real.

Diseño mediante análisis FEM

Como el sistema a ser diseñado y su carga, se usa la misma estructura que en la Parte 1 del artículo. Por lo tanto, las diferencias de las dos variantes de diseño también son evidentes.

Para el diseño, el modelo FEM creado previamente se inserta en la estructura a diseñar. Las tensiones resultantes se utilizan para el diseño.

Figura 05 - 5 - Tensiones en el área del taladro

El valor máximo de las tensiones en el área del pozo es σ = 29.22 N/mm². Esto da como resultado una utilización de η = 29.2/51.3 = 0.57.

Resumen

La comparación de las dos variantes de cálculo muestra claramente que pueden producirse ciertas diferencias en las relaciones de diseño calculadas. En el presente caso, el análisis exacto da como resultado una reducción de aproximadamente el 40% de la relación. Esto no se puede suponer en general, pero ilustra que un análisis exacto de FEA a menudo puede tener ventajas.

Bibliografía

[1]  DIN 18008-3: 2013-07
[2]  Weller, B .; Engelmann, M .; Nicklisch, F.; Weimar, T .: Práctica de construcción de vidrio: Construcción y Diseño Volumen 2: Ejemplos según DIN 18008, 3a edición. Berlín: Beuth, 2013
[3]  Aprobación técnica general Z-70.2-99 de la 4ta Septiembre 2014

Palabras clave

Soporte de punto Soporte del punto de modelado

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