ANALISIS DE VIGAS CON SOLIDWORKS SIMULATION.
En el análisis de vigas, SolidWorks Simulation puede calcular e l comportamiento metálico de vigas y estructuras formadas por miembros estructurales de forma rápida mediante un Estudio Estático. Mediante este estudio, podemos obtener el resultado de deformaciones, tensiones a lo largo de la viga o miembro estructural además de visualizar trazados como tensiones axiales, torsionales, etc. Las vigas y los miembros estructurales simulados aunque tienen perfiles normalizados, SolidWorks Simulation para su análisis los simplifica, representando cada miembro de su estructura como un elemento viga formado por dos nodos, uno inicial y otro final, y una sección constante. Podemos obtener diagramas de vigas mediante la definición de las cargas, sujeciones y la definición de juntas, obteniendo diagramas de corte, momentos, axiles, etc.
PERSPETIVA GENERAL.
Puede simplificar vigas estructurales para optimizar su rendimiento en Simulation y modelarse con elementos de viga. En este caso, la envergadura del problema y los recursos necesarios se reducen considerablemente. Para que la formulación produzca resultados aceptables, la longitud de viga debe ser 10 veces mayor que la cota más grande en su sección transversal. Los elementos de viga pueden usarse para estudios estáticos, de frecuencia, de pandeo y no lineales. La solución de grandes desplazamientos en estudios estáticos no puede usarse para vigas. Vigas rectas y curvas
Cada miembro estructural recto se define por una línea recta que conecta dos juntas en sus extremos. Se modela un miembro estructural curvado con un número concreto de vigas rectas. Se considera que la se cción transversal de una viga es constante a lo largo de toda su longitud. Internamente, el programa malla cada viga creando un número de elementos de viga. Cada elemento de viga se define por dos nodos finales y una sección transversal. Al ver la malla y los resultados, los elementos de viga pueden estar representados en la ge ometría real de la viga por cilindros, sea cual sea la sección t ransversal real. Estas figuras a continuación ilustran el modelado de un miembro estructural. Una imagen muestra el miembro estructural y las juntas cuando el primero se define como una viga. La otra imagen muestra la malla donde la viga se subdivide en un número de elementos de viga representados por cilindros y la geometría de la viga.
Vigas cónicas
Puede considerar a las geometrías cónicas como vigas con tamaños transversales diversos en sus longitudes. La figura muestra una viga en L cónica con un tamaño de sección transversal que disminuye a lo largo de la dirección que se muestra. La viga cónica se representa mediante una línea recta (eje neutral) que conecta las dos juntas de extremo. Las imágenes inferiores muestran la malla donde la viga se subdivide en un número de elementos de viga cónica representados por cilindros a la izquierda y la geometría de la viga a la derecha. Cada elemento está compuesto por dos nodos que tienen áreas de sección transversal distintas. La malla y los trazados de resultados le dan una indicación visual de la conicidad a lo largo de la viga.
Creación de vigas
Los miembros estructurales que se crean como operaciones de pieza soldada se mallan de forma predeterminada con los elementos de viga. Puede tratar estos miembros estructurales como sólidos seleccionando sus iconos en el gestor de Simulation y, a continuación, Tratar como sólido. Para miembros estructurales cortos (la relación entre la longitud y la distancia transversal ortogonal más larga con respecto al centro de gravedad es menor que 3.0), se recomienda que utilice una malla sólida. Para tratar como vigas los sólidos extruidos, recubiertos, simétricos o importados que tengan una forma transversal constante y el mismo tamaño transversal o uno distinto a lo largo de su longitud, seleccione sus iconos en el gestor de Simulation y, a continuación, elija Tratar como viga. La opción Tratar como viga no está disponible cuando la relación entre su longitud y su distancia transversal ortogonal más larga con respecto al centro de gravedad es menor que 3.0. Esta limitación se aplica sólo a miembros estructurales que se hayan creado con operaciones como Extruir, Revolución, Barrer, etc. Puede definir un miembro estructural como una cabeza de armadura o una viga en el PropertyManager Aplicar/Editar viga.
Vigas.
Los elementos de viga pueden resistir cargas de flexión, cortantes y de torsión. El marco típico que se muestra a continuación está modelado con elementos de viga para transferir la carga a los soportes. El modelado de estos marcos con elementos de cabeza de armadura falla dado que no existe un mecanismo para transferir la carga horizontal aplicada a los soportes.
Los elementos de viga requieren la definición de la sección transversal exacta, de modo que el programa calcule los momentos de inercia, los ejes neutrales y las distancias desde el extremo de las fibras a los ejes neutrales. Las tensiones varían en el plano de la se cción transversal y a lo largo de la viga. Considere una viga 3D con un área de sección transversal (A) y la malla asociada. Los elementos de viga se pueden mostrar en la geometría real de la viga o como cilindros huecos, independientemente de la forma de su sección trasversal.
Ahora la siguiente ilustración muestra un segmento pequeño a lo largo del elemento de viga sujeto a fuerzas 2D simplificadas (fuerza axial P, fuerza cortante V y m omento de flexión M):
En un caso general, 3 fuerzas y 3 momentos actúan en el segmento.
Tensión axial uniforme = P/A (similar a los elementos de cabeza de armadura) Tensión cortante uniforme = V/A El momento de flexión M origina una tensión de flexión que varía linealmente con la distancia vertical y desde el eje neutral. Tensión de flexión (flexión en dirección y) = My/I. En donde l es el momento de inercia alrededor del eje neutral. La tensión de flexión es la más larga en las fibras del extremo. En este ejemplo, la compresión mayor se produce en la fibra superior y la tensión mayor, en las fibras inferiores del extremo.
Juntas
Una junta se identifica en los extremos libres de los miembros estructurales y en la intersección de dos o más miembros estructurales. El PropertyManager Editar juntas proporciona una herramienta que le ayudará a definir las juntas correctamente. El programa crea un nodo en el centro de la sección transversal de cada miembro de junta. Debido al recorte y uso de diferentes secciones transversales para distintos miembros, es posible que los nodos de miembros asociados con una junta no coincidan. El programa crea elementos especiales ce rcanos a la junta para simular una conexión rígida basada en propiedades geométricas y de material.
Propiedades de material
Siempre se requieren el módulo de elasticidad y el coeficiente de Poisson. Sólo se requiere la densidad si se consideran las cargas gravitacionales. Restricciones
Puede aplicar restricciones sólo a las juntas. Hay 6 grados de libertad de traslación en cada junta. Puede aplicar traslaciones y rotaciones prescritas de ce ro o distintas de cero. Unión rígida
En un estudio con vigas, sólidos y superficies de vaciado, puede unir vigas y juntas de viga a c aras de sólidos y vaciados. La unión rígida entre miembros estructurales en contacto con una superficie o una chapa metálica también se crea automáticamente. Rigidizadores de viga para superficies curvas
Puede unir vigas (rectas o curvas) que act úan como rigidizadores con superficies curvas de vaciado o sólidos de chapa metálica. El software une automáticamente las vigas a superficies curvas que tienen geometrías en contacto o están situadas dentro de una distancia razonable. El programa utiliza tamaños de elementos de viga compatibles con los tamaños de malla de superficie. Esta operación está disponible para estudios estáticos, de frecuencia y de pandeo.
Cargas
Puede aplicar:
Fuerzas y momentos concentrados en juntas y puntos de r eferencia. Para los estudios dinámicos, puede aplicar cargas dependientes del tiempo o de la frecuencia. Cargas distribuidas a lo largo de toda la longitud de una viga. Cargas gravitacionales. El programa calcula las fuerzas gravitacionales basándose en las aceleraciones y las densidades especificadas. Excitación de la base uniforme o de la base seleccionada para los estudios dinámicos. Condiciones iniciales para los estudios dinámicos. Aplique un desplazamiento, velocidad o aceleración iniciales (en tiempo t=0) en las juntas o segmentos de viga.
Mallado
Un miembro estructural se identifica automáticamente como una viga y se malla con elementos de viga. Una vez haya creado la malla, puede aplicar los controles de malla a un número de elementos o tamaño de elementos diferente para las vigas seleccionadas. Los miembros de viga y cabeza se pueden mostrar en la geometría real de la viga o como cilindros huecos, independientemente de la forma de su sección trasversal.
Resultados
Los resultados de cada elemento se presentan en sus direcciones locales. Puede ve r tensiones axiales uniformes, torsionales, tensiones de flexión y cortadura en dos direcciones ortogonales (dir 1 y dir 2) y las tensiones más elevadas en las fibras de los extremos, generadas por la combinación de tensiones axiales y de flexión. Una sección de viga está sujeta a una fuerza axial P y a dos momentos M1 y M2, como puede verse a continuación. El momento M1 está alrededor del eje de dir 1 y el momento M2 está alrededor del eje de dir 2.
Cuando selecciona la opción Renderizar perfil de viga (PropertyManager Trazado de tensiones), el software calcula las tensiones que varían dentro del plano de la sección transversal. Las tensiones se calculan en ambos
extremos de cada elemento de malla y también en diferentes puntos de la sección transversal a distancia variable del eje neutral de la viga. Cuando se desactiva la opción Renderizar perfil de viga, el software calcula los valores de tensión en las fibras extremas de cada extremo de viga. Informará del valor de tensión de mayor magnitud para cada segmento de viga.