• BEAM CROSS SECTION using SURFACE with REFERENCE POINT on FEMAP

En FEMAP desde hace varias versiones tenemos disponible una utilidad muy interesante para generar las propiedades de la Sección Transversal de elementos 1-D tipo viga CBAR/CBEAM a partir de la geometría CAD 3-D Sólida que permite crear el  PUNTO DE REFERENCIA a la vez que seleccionamos la superficie correspondiente a la sección transversal de la viga sobre la geometría CAD 3-D. Para que se active esta opción durante la creación de la Sección Transversal  de Vigas deberás seleccionar en FEMAP tanto el método Standard como Shape = General Section.

beam-cross-section-definition

El Punto de Referencia sólo se usa cuando se asignan los atributos de mallado a curvas usando la orden Mesh > Mesh Control > Attributes along Curve, siendo una manera cómoda de definir automáticamente el #OFFSET del centro de cortadura en secciones no simétricas.

mesh-attributes-along-curve

Aquí os dejo un vídeo explicando las ventajas de utilizar el PUNTO DE REFERENCIA a la hora de prescribir los attributos en curvas para mallar con elementos CBAR/CBEAM. Se trata de un ensamblaje de Aluminio 6066 (T6) compuesto por una placa de espesor 2.5 mm reforzada con perfiles tubulares de dimensiones 25x15x2.5 mm que se desean mallar con elementos 1-D viga CBEAM.

dimensiones-modelo

Se crea la superficie media de la placa para mallar con elementos 2-D Shell CQUAD4.

midsurface

Modelo final con la placa mallada con elementos 2-D Shell CQUAD4 y las vigas malladas con elementos CBEAM. La curva utilizada para mallar las vigas es la misma curva de la superficie media, por tanto los elementos CBEAM comparten nodos con los elementos CQUAD4. La clave está en utilizar como REFERENCE POINT el punto situado en la curva de la superficie media.

malla-shell-beam

Y aquí tenéis el vídeo con el ejemplo explicado paso-a-paso:

Saludos,
Blas.

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9.- OFFSET en Elementos CBEAM

Hola!,
En este vídeo vamos a aprender a mallar con elementos viga 1-D CBEAM una estructura formada por perfiles en U abiertos no simétricos como la escalera de la figura:

Dado que las vigas laterales son “no simétricas y abiertas” deberemos mallar con elementos CBEAM (no CBAR) así como definir un OFFSET para alinear correctamente la sección transversal con la malla de la viga. En el vídeo os enseño a realizar esta operación de forma automática, es muy sencillo.

Y también se debe considerar en el análisis el Alabeo en secciones abiertas (“Warping Effect”): las vigas no simétricas de sección abierta sufren torsión y flexión cuando actúan cargas cortantes aplicadas en cualquier punto de la sección excepto en el centro de esfuerzos cortantes nulos, creando un momento de alabeo en la sección de forma que las secciones planas no permanecen planas y se producen tensiones axiales que pueden ser importantes. Si la carga cortante se aplica exactamente en el centro de esfuerzos cortantes nulos, se forma un momento torsor externo de igual valor y de sentido opuesto al momento de alabeo interno haciendo que la viga trabaje únicamente a flexión.

Definición en FEMAP de las Propiedades de la Sección Transversal usando la tarjeta PBEAML de NX Nastran y considerando el efecto de Alabeo (Warping effect) y el OFFSET entre el eje neutro y el centro de cortante nulo

Fenómeno del Alabeo de Secciones Abiertas (“Warping Effect”)

Para entender bien el mecanismo de definición de OFFSET en vigas vamos a crear la curva de referencia para mallar con elementos CBEAM en dos posiciones diferentes respecto a la sección transversal de la viga:

  • En el perfil de la izquierda vamos a alinear la malla de la viga con el punto medio de la cara posterior de la sección transversal.
  • En el perfil de la derecha vamos a alinear la malla de la viga con el Centro de Gravedad de la sección transversal.

La siguiente figura muestra la estructura de la escalera mallada con elementos CBEAM con el correspondiente OFFSET aplicado en el Eje-Z local de la sección transversal, cuyo valor numérico podemos ver en FEMAP gráficamente mediante contornos de color con la orden “View > Advanced Post > Contour Model Data“:

En el modelo aplicaremos las siguientes cargas y condiciones de contorno:

  • Vamos a suponer que la escalera está inclinada 15º respecto a la pared, para lo cual en vez de girar el modelo definiremos un sistema local de Coordenadas Cartesiano sobre el que aplicaremos las cargas y condiciones de contorno.
  • Consideraremos la escalera articulada en el suelo (TX=TY=TZ=0) y apoyada en la pared (TY=0), según el nuevo sistema de coordenadas local.
  • En el travesaño central aplicaremos un carga vertical para simular el peso de una persona adulta FZ=-800 N

Una vez realizado el cálculo estático lineal SESTATIC (SOL101) con NX NASTRAN V7.1 pasamos a postprocesamos resultados de desplazamientos y tensiones en elementos CBEAM. En primer lugar visualizamos las reacciones resultantes con la opción “Free Body Display“:

Por cierto, NX Nastran 7.1 n0 calcula las tensiones de cortadura en elementos CBEAM (no busquéis los resultados en el fichero ASCII de salida de nastran “*.F06”) :

  • Shear Stress = V*Q/I*b, donde:
    V = Transverse Shear Force
    Q = first Moment of Area
    I = Moment of Inertia about the desired axis
    b = Width of the Cross Section

No importa, Femap v10.2 ofrece una herramienta de postprocesado de tensiones en elementos viga muy potente, la tenéis en “View > Advanced Post > Beam Cross Section” que obtiene de forma “dinámica” la distribución de tensiones en la sección transversal de elementos CBAR/CBEAM, os animo a utilizarla ya que nos permite estudiar de forma local las tensiones que se producen a lo largo de un elemento, y en tantas secciones como queramos, una auténtica “virguería“!!.

Tensiones de Cortadura calculadas en FEMAP

Y por supuesto también podemos representar “a nivel global” los resultados de esfuerzos en vigas calculados por NX NASTRAN utilizando las técnicas “clásicas” de postprocesado de vigas de FEMAP, de esta forma tendremos una visión GLOBAL de los resultados en todo el modelo de elementos finitos y podremos decidir en qué elementos queremos visualizar localmente tensiones locales en la sección transversal utilizando la orden “Beam Cross Section” explicada anteriormente. Por ejemplo, la siguiente imagen muestra el diagrama de momentos torsores en todo el modelo de EF:

O el diagrama de Esfuerzos Cortantes elemento a elemento:

O ver los desplazamientos resultantes de rotación (en radianes) en los elementos del modelo, utilizando la técnica de representación de “Beam Diagrams” en vez de los clásicos contornos con mapas en color o mediante vectores:

Y por supuesto también podemos ver cualquier resultado de desplazamientos, esfuerzos y tensiones en vigas no sólo mediante diagramas sino también mediante contornos en color SOBRE LA PROPIA VIGA, por ejemplo aquí tenéis el reparto de tensiones combinadas de axial + flexión:

Si quieres repetir este tutorial en tu propio ordenador pídenos los modelos con la geometría de entrada y te lo remitimos por e-mail, es un servicio gratuito para nuestros clientes de IBERISA.

Saludos,
Blas.

Descargar vídeo (270 MB, 38 min.): http://www.megaupload.com/?d=26YU7K1K