Superfícies

Com superfícies, descreve-se a geometria de componentes planos ou curvos, cujas dimensões da superfície são significativamente maiores do que as espessuras. A rigidez de uma superfície resulta do seu material e espessura. Ao gerar a malha de EF, são criados elementos 2D nas superfícies. Estes são considerados no eixo central da superfície para o cálculo.

Para a entrada de uma superfície, pode utilizar 'Linhas limite' existentes. Também pode utilizar a entrada direta, na qual o programa gera automaticamente as linhas de definição.

O separador Base gere os parâmetros elementares da superfície. Ao selecionar as caixas de controlo, são adicionados outros separadores nos quais pode introduzir os dados específicos.

Tipo de rigidez

O tipo de rigidez controla de que forma os esforços internos podem ser absorvidos ou quais as propriedades assumidas para a superfície.

Na lista estão disponíveis vários tipos de rigidez para seleção.

Padrão

A superfície transmite momentos e forças de membrana. Esta abordagem descreve o comportamento geral de um modelo de superfície homogéneo e isotrópico. As propriedades de rigidez da superfície são independentes da direção.

Sem espessura

A superfície não possui rigidez. Este tipo deve ser utilizado para as superfícies limite de um sólido.

Rígido

Com este tipo de rigidez, podem ser representadas superfícies muito rígidas para modelar uma ligação rígida entre objetos.

Membrana

A superfície apresenta uma rigidez uniforme em todas as direções. No entanto, apenas são transmitidas forças de membrana em estado de tração (n_x, n_y) e forças de corte de membrana (n_xy). No caso de forças de compressão e de corte, bem como de momentos, os elementos de superfície afetados falham.

Membrana sem tração

Apenas são transmitidos momentos e forças de membrana em estado de compressão. No caso de forças de membrana que causam tração, os elementos de superfície afetados falham (exemplo: pressão de contacto).

Transferência de carga

Com este tipo, podem ser aplicadas cargas superficiais em áreas que não estão preenchidas com superfícies, como, por exemplo, cargas de vento em janelas ou nas barras de um pavilhão. A carga desta superfície é distribuída pelos bordos ou pelos objetos integrados. Se forem geradas cargas de barra, a carga é convertida em relação aos comprimentos reais das barras nas direções globais (direções de carga X_L, Y_L, Z_L). A própria superfície não possui rigidez.

Pode definir os critérios para a transferência de carga no separador Transferência de carga.

A 'Direção de transferência de carga' descreve em que direção(ões) a carga deve ser aplicada aos objetos. A lista oferece opções para uma distribuição isotrópica com base num cálculo de EF, bem como para uma disposição ortótropa em faixas de superfície, que são consideradas para a determinação da largura de influência da carga num ou em ambos os eixos locais da superfície.

Na opção 'Isotrópico | MEF', o RFEM utiliza um submodelo separado para determinar a distribuição de carga, no qual a superfície é representada por um elemento de superfície rígido. Todos os objetos integrados na superfície (barras, apoios de linha e de nó, linhas ligadas a elementos do modelo, acoplamentos ou nós, etc.) são substituídos por linhas rígidas ou apoios de nó rígidos. As reações deste submodelo são então aplicadas como cargas para o cálculo 3D do RFEM. Se determinados objetos não devem transmitir cargas, pode especificá-los na secção 'Sem efeito sobre'.

Na transferência de carga através de faixas de superfície, pode definir como o RFEM deve realizar a 'Distribuição de carga'. Por predefinição, a carga é distribuída pelos objetos adjacentes com uma distribuição variável. No entanto, se pretender obter uma distribuição de carga constante, selecione a entrada correspondente na lista. A diferença entre as duas variantes é comparada na imagem seguinte.

As opções de entrada para a 'Largura da faixa de superfície', o 'Fator de suavização' e o 'Número mínimo de faixas na superfície' estão acessíveis se a caixa de controlo Configurações de distribuição avançadas estiver ativada na secção 'Opções'. Os ajustes só são necessários em caso de distribuições de carga problemáticas. O efeito destes parâmetros é explicado no artigo técnico Erweiterte Verteilungseinstellungen bei Lastübertragungsflächen com base num exemplo.

Para a superfície de transferência de carga, também pode definir um 'Peso da superfície', por exemplo, para considerar a carga permanente de um envidraçado.

Na secção 'Sem efeito sobre', pode excluir barras, linhas e nós da transferência de carga (por exemplo, contraventamentos). Defina os objetos individualmente ou selecione um objeto padrão que seja paralelo às barras ou linhas sem carga.

Quando as linhas limite da superfície estão definidas, as barras, linhas e nós carregados são indicados na secção 'Objetos carregados'. Se desejar uma distribuição de carga específica, selecione a caixa de controlo Fator de distribuição de carga no separador 'Base'. Pode então definir individualmente os coeficientes para os objetos de transferência de carga no separador Fator de distribuição de carga.

Na transferência de carga através de faixas de superfície, pode considerar a 'Excentricidade de barra' ou a 'Distribuição de secção' para registar corretamente a posição geométrica de uma barra ou o seu desenvolvimento (ver capítulo Secção). A caixa de controlo 'Desprezar equilíbrio de momentos' não está ativada por predefinição. Desta forma, o momento das cargas superficiais é formado em relação ao centro de gravidade e equilibrado com o momento das cargas de barra em relação ao centro de gravidade. Para cargas de nó, no entanto, esta opção não é relevante. A imagem seguinte mostra como uma carga linear livre é distribuída pelas barras opostas com e sem consideração do equilíbrio de momentos.

Superfície de resultado

Este tipo de rigidez permite converter tensões e forças de outros objetos em esforços internos da superfície através de um processo de integração. Desta forma, pode, por exemplo, determinar as tensões de membrana e de flexão num sólido, que devem ser dimensionadas com diferentes fatores de segurança parciais.

Pode definir outros critérios para a integração de resultados no separador Superfície de resultado.

Selecione na secção 'Integrar tensões e forças' se os resultados devem ser registados apenas em relação ao objeto ou também geometricamente dentro de uma área. Defina as superfícies e sólidos relevantes na secção 'Incluir objetos'. Em alternativa, selecione 'Todos' os objetos e depois exclua determinados elementos na secção 'Excluídos dos objetos inclusivos'.

Se os resultados de uma determinada área "abaixo" e "acima" da superfície devem ser integrados, pode definir as distâncias relevantes na secção 'Parâmetros'. Estas são referidas ao eixo z local, perpendicular ao plano da superfície.

Tipo de geometria

O tipo de geometria descreve o conceito formal de uma superfície. Na lista estão disponíveis vários tipos para seleção.

Plano

Numa superfície plana, todas as linhas limite estão num plano. Através do botão da lista, são acessíveis várias formas de superfícies planas.

Pode definir a superfície graficamente (após OK no diálogo) desenhando um retângulo, círculo, etc. Se 'Selecionar o seu limite', o RFEM reconhece a superfície automaticamente assim que um número suficiente de linhas limite for definido.

Quadrângulo

Este tipo de superfície descreve, na sua forma básica, uma superfície geral de quatro lados. Como linhas limite, são possíveis linhas retas, arcos, polilinhas e splines. Isto permite modelar superfícies curvas.

Defina as linhas limite da superfície do quadrângulo no diálogo 'Nova superfície'. Se a superfície fechada não puder ser formada por quatro linhas, também são permitidas mais de quatro linhas. No separador 'Quadrângulo', são então indicados os quatro nós de canto. Estes controlam como a superfície curva é gerada.

NURBS

Superfícies NURBS são formadas a partir de quatro linhas NURBS fechadas (ver capítulo Linhas). Isto permite modelar quase todas as superfícies de forma livre.

Defina as linhas limite da superfície NURBS no diálogo 'Nova superfície'. Os pares opostos das linhas NURBS devem ter o mesmo número de pontos de controlo para que a ordem destas linhas NURBS seja "compatível". No separador 'NURBS', pode então influenciar a forma da superfície através dos 'Pesos dos pontos de controlo'. As coordenadas do ponto de controlo selecionado são indicadas na secção 'Coordenadas - ponto de controlo'.

Recortado

Quando superfícies se penetram, pode gerar a penetração rapidamente: Selecione as superfícies e depois aceda ao menu de contexto. Estão disponíveis várias opções para seleção.

Com a opção 'Gerar penetração', é gerada apenas a linha de interseção. Se selecionar uma das opções 'Dividir através da penetração', o RFEM gera superfícies parciais e atribui-lhes o tipo 'Recortado'. Pode então eliminar componentes, por exemplo, se pretender remover superfícies salientes.

Rotação

Uma superfície de rotação é criada quando uma linha existente é rodada em torno de um eixo. O RFEM gera a superfície a partir dos nós inicial e final, bem como dos pontos de definição rodados da linha. São geradas novas linhas.

Defina a linha limite da superfície a ser rodada no separador 'Rotação'. Introduza o ângulo de rotação α. Pode determinar graficamente os pontos do eixo de rotação através das coordenadas ou com o botão .

Tubo

Uma superfície do tubo é criada quando a linha central do tubo é rodada num raio em torno deste eixo. São geradas novas linhas: dois círculos e uma polilinha paralela ao eixo do tubo.

Defina o raio do tubo no separador 'Tubo'. Este valor descreve a distância do eixo do tubo ao centro da superfície. Introduza o número da linha central ou selecione graficamente o eixo do tubo com o botão .

Se a secção transversal do tubo for cónica, ative a caixa de controlo 'Raio diferente no final' e introduza o valor correspondente.

Spline com curvatura mínima

Com este tipo de geometria, pode gerar uma superfície curva através de nós de controlo que se situam na superfície ou também fora dela. Desta forma, podem ser modeladas, por exemplo, superfícies de terreno.

Defina o 'Sistema de coordenadas' do plano de referência e introduza as 'Coordenadas de amostra no sistema de coordenadas'. Estes pontos representam os nós de controlo da superfície spline. Em seguida, defina as 'Linhas limite do plano de referência' ou selecione as linhas graficamente com o botão .

Espessura com material

Selecione o tipo adequado na lista das espessuras existentes ou defina uma nova espessura (ver capítulo Espessuras).

Material da espessura

O material da espessura definida na secção acima está predefinido. Se necessário, pode selecionar outro material na lista dos materiais já criados ou definir um novo (ver capítulo Materiais). Este material é então atribuído ao tipo de espessura.

Articulações

Com uma articulação, pode ser controlada a transmissão dos esforços internos ao longo de uma linha da superfície (ver capítulo Articulações de linha). Após selecionar a caixa de controlo, pode definir o tipo de articulação no separador 'Articulações'.

Apoio

Se a superfície tiver uma fundação elástica, pode selecionar ou definir novamente o apoio de superfície no separador 'Apoio' (ver capítulo Apoios de superfície).

Libertação

Para desacoplar o modelo na superfície, pode selecionar ou definir novamente uma liberação de superfície no separador 'Libertação' (ver capítulo Libertações de superfície).

Excentricidade

Com uma excentricidade, pode-se modelar um deslocamento vertical de toda a superfície (ver capítulo Excentricidades de superfície). Pode definir o tipo de deslocamento no separador 'Excentricidade'.

Fator de distribuição de carga

Para uma superfície do tipo Transferência de carga, existe a possibilidade de definir fatores de distribuição para os objetos de transferência de carga. Se selecionar a caixa de controlo, pode atribuir estes fatores individualmente num novo separador.

Os objetos carregados da superfície de transferência de carga estão predefinidos numa linha. A cada objeto é atribuído o fator 1,00, de modo a que todos os objetos contribuam uniformemente para a transferência de carga. Se desejar uma distribuição específica, clique na próxima linha livre e selecione a linha ou a barra. Em seguida, atribua o 'Fator de distribuição' adequado.

Refinamento de malha

A largura da malha da rede de EF pode ser adaptada à geometria da superfície (ver capítulo Refinamentos de malha de superfície). Desta forma, é independente das configurações gerais da malha. No separador 'Refinamento de malha', pode selecionar ou definir novamente o refinamento de malha da superfície.

Eixos específicos

Cada superfície tem um sistema de coordenadas local. Regra geral, está alinhado paralelamente aos eixos globais. No entanto, o sistema de coordenadas também pode ser definido pelo utilizador – separadamente para entrada e saída.

Eixos de entrada

A orientação dos eixos de entrada é importante, por exemplo, para propriedades de ortotropia e de fundação ou para o efeito de uma carga superficial.

A lista na secção 'Categoria' oferece várias possibilidades para ajustar a posição dos eixos:

• Rotação angular: rotação dos eixos xy da superfície em torno do eixo z com o ângulo α
• Eixo paralelo a linhas: alinhamento do eixo x ou y com uma linha
• Eixo direcionado para ponto: alinhamento do eixo x ou y para o ponto de interseção de uma linha com a superfície
• Eixo paralelo ao sistema de coordenadas: alinhamento dos eixos com um sistema de coordenadas definido pelo utilizador

Pode determinar graficamente os objetos de referência através do botão .

A caixa de controlo 'Inverter eixo z local' permite orientar os eixos z e y em sentido oposto.

Eixos de resultado

Atualmente, a orientação dos eixos de resultado só é possível 'Idêntica aos eixos de entrada'.

Grelha para resultados

Cada superfície é coberta por uma grelha que é utilizada para a saída de resultados nas tabelas. Esta permite uma saída independente da malha de EF em pontos de resultados regulares e ajustáveis.

Como padrão, está predefinida uma grelha de superfície cartesiana com uma distância uniforme dos pontos da grelha de 0,5 m em ambas as direções. Se necessário, pode ajustar aqui as 'Distâncias da grelha' na direção x (b) e na direção y (h), efetuar uma 'Rotação da grelha' ou alterar a 'Origem da grelha'. Para superfícies circulares, o tipo de grelha 'Polar' oferece uma alternativa para a saída de resultados numérica.

Se a caixa de controlo 'Adaptar automaticamente' estiver selecionada na secção 'Opções', os pontos da grelha são ajustados à nova geometria ao alterar a superfície.

Na secção 'Pontos', pode verificar as coordenadas dos pontos da grelha gerados. Não são possíveis alterações na tabela.

Objetos integrados

O RFEM reconhece normalmente todos os objetos que se encontram na superfície, mas que não foram utilizados para a definição da superfície.

Os números dos nós, linhas e aberturas pertencentes à superfície são indicados na secção 'Objetos integrados na superfície'.

Se um objeto não for reconhecido, deve integrá-lo manualmente: Desative a Deteção automática de objetos. Os campos de entrada na secção 'Objetos integrados na superfície' ficam agora acessíveis. Adicione o número do objeto em falta ou utilize o botão para determinar graficamente o objeto.

Ativar transferência de carga

A caixa de controlo permite distribuir a carga da superfície – independentemente do seu tipo de rigidez – com a ajuda de uma superfície de transferência de carga. Assim, a superfície atua através da sua rigidez no modelo. A distribuição da carga pelos objetos adjacentes, por outro lado, é controlada pelos parâmetros que pode definir no separador Transferência de carga. Esta função é relevante principalmente para superfícies do tipo de espessura Painel de viga.

Desativar para o cálculo

A caixa de controlo oferece a possibilidade de não considerar a superfície no cálculo, por exemplo, para simular fases de construção ou para examinar uma variante de modelação. A rigidez, as condições de apoio e as cargas da superfície não são aplicadas neste caso.

Informações | Analítico

Esta secção é exibida assim que as linhas limite da superfície tiverem sido definidas. Oferece uma visão geral das propriedades importantes da superfície, como área, volume e massa, bem como a posição do centro de gravidade da superfície e a orientação da superfície. As aberturas são consideradas em conformidade.