Structural verification of an exisiting steel base

COMPROBACIÓN ESTRUCTURAL DE ELEMENTO EN ACERO MEDIANTE EL MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS Estructuras 4 Escuela Técnica Superior de Arquitectura de A Coruña 2012-2013 Miguel Medina Albero

Tomamos como elemento de estudio una de las cuatro uniones con pasador de la pasarela de madera que

Tomamos como elemento de estudio una de las cuatro uniones con pasador de la pasarela de madera que

Realizamos un modelo simplificado de la estructura de la pasarela completa para obtener las del pasador. Obtendremos estas cargas empleando el 3D La pasarela peatonal tiene 1.80 metros de ancho y consideramos, de manera simplificada, unas cargas sobre la viga horizontal de 0.4 kN/m 2 de carga propia de la pasarela y 1 kN/m 2 de carga de uso.

Con lo que obtenemos 2.5 kN/metro lineal.

Modelizamos la pasarela como elemento plano y sin considerar las cargas de viento. que apliquemos en el pasador, son: Rx = 55.062 kN Rz = 54.552 kN

- Colocando la base en horizontal.

- Aplicamos una carga cuadrada de 552 + 552.

Resultando 77.8 kN

77800 N

0 . 20

Viga

0

x60

M.L.E

Viga M.L.E. 200x550

conecta la viga curva de madera con un elemento de

en el plano de la viga. tres elementos : dos bases, conformadas mediante placas de acero de diferentes

PASOS A REALIZAR Estudiaremos en ANSYS 5.4 el elemento inferior de la

1. Generar el modelo tridimensional de los componen el elemento inferior simular el funcionamiento conjunto de la soldadura.

2. Generar el volumen del pasador ligeramente solapado

3. Introducir los valores de las del acero en el programa.

4. Realizar el mallado de los elementos.

5. Introducir la carga de 77800 Newton en el pasador, repartida en los nodos de la parte central superior del pasador.

6. Restringir el desplazamiento de la base del elemento.

7. Realizar el

por elementos finitos de la

finitos de tetraedros de 10 nodos (SOLID92 en ANSYS).

8. Comprobar los resultados del reparto de los desplazamientos y las tensiones obtenidos.

ELEMENTO A MODELIZAR

210

Modelizaremos y estudiaremos el elemento inferior.

450

335

base, no emplearemos los pernos en el modelo.

50

60

50

comodidad en el manejo de unidades.

12

36

45

118 10 13

50

155

5

205

Iniciamos el ANSYS, los primeros comandos muestran tan solo que colocamos el punto de vista de forma

/BATCH /COM,ANSYS RELEASE 5.4 UP19970828 /input,menust,tmp ,,,,,,,,,,,,,,,,,1 /GRA,POWER /GST,ON WPSTYLE,,,,,,,,1 wpstyle,0.05,0.1,-1,1,0.003,0,0,,5 /USER, 1 /VIEW, 1, -.6348 , -.6044 /ANG, 1, 65.39 /REPLO /DIST, 1 ,0.729000,1 /REP,FAST /DIST, 1 ,0.729000,1 /REP,FAST /DIST, 1 ,0.729000,1 /REP,FAST

,

15:29:36

02/15/2013

!Establecemos un WP para milimetros

.4814

Creamos las placas de base coordenadas exactas. /PREP7 BLOCK,0,0.450,0,0.210,0,0.013,

!Placa base de 210 por 450

210

wpof,,,0.013000000 BLOCK,0.095,0.300,0.025,0.075,0,0.010, BLOCK,0.095,0.300,0.135,0.185,0,0.010, BLOCK,0.030,0.365,0.075,0.135,0,0.012,

!Elevamos WP sobre la placa !Placas sobre la principal

e = 13

450

e = 10

75

50

300

365

50

300

e = 10

135

185

60

205

e = 12

75

335

95

30

135

25

205 95

Generamos la primera placa grande del pasador extruyendo. wpro,,90.000000, wpof,,,-0.087000000

!Movemos el WP para la primera placa grande

RECTNG,0.0325,0.1625,0.012,0.140, LSTR, 35, 33 ASBL, 25, 53 ADELE, 27, , ,1

!Creamos las areas que luego extruiremos

RECTNG,0.2325,0.3625,0.012,0.140, LSTR, 39, 37 ASBL, 25, 56 ADELE, 28, , ,1 RECTNG,0.1625,0.2325,0.012,0.105, CYL4,0.1975,0.105,0.050 AADD,25,26,27,28 CYL4,0.1975,0.105,0.0225 ASBA, 29, 25 VOFFST,26,0.012, ,

!Juntamos todas las areas

12

140

!Sustraemos agujero del pasador !Extruimos el area generada

32,5

12

128

162,5

232,5

162,5 232,5

22,5

105

50

105

105

12

362,5

197,5

197,5

Generamos la segunda placa grande del pasador del mismo modo que la primera pero desplazando el WP. wpof,,,-0.048000000

!La segunda placa grande sera lo mismo

RECTNG,0.0325,0.1625,0.012,0.140, LSTR, 55, 57 ASBL, 38, 86 ADELE, 40, , ,1 RECTNG,0.2325,0.3625,0.012,0.140, LSTR, 59, 61 ASBL, 38, 89 ADELE, 41, , ,1 RECTNG,0.1625,0.2325,0.012,0.105, CYL4,0.1975,0.105,0.050 AADD,38,39,40,41 CYL4,0.1975,0.105,0.0225 ASBA, 42, 38 VOFFST,39,0.012, ,

!Juntamos todas las areas

87

48

!Sustraemos agujero del pasador !Extruimos el area generada

Creamos las placas laterales de refuerzo wpof,,,-0.075000000 wpro,,,-90.000000 wpof,,,-0.100000000

!Vamos con las dos primeras placas laterales

RECTNG,0.025,0.075,0.010,0.060, LSTR, 77, 79 ASBL, 51, 119 ADELE, 53, , ,1 RECTNG,0.135,0.185,0.010,0.060, LSTR, 83, 81 ASBL, 51, 122 ADELE, 54, , ,1

25 75

10

60

10

60

VOFFST,52,0.005, , VOFFST,53,0.005, ,

135 185

Las segunda placas de refuerzo, del mismo modo pero desplazando el WP. wpof,,,-0.200000000

!Segundas placas laterales de refuerzos

RECTNG,0.025,0.075,0.010,0.060, LSTR, 23, 91 ASBL, 61, 137 ADELE, 63, , ,1 VOFFST,62,0.005, , RECTNG,0.135,0.185,0.010,0.060, LSTR, 98, 14 ASBL, 66, 146 ADELE, 68, , ,1 VOFFST,67,0.005, ,

100

200

que al pegarlo, VGLUE, con las placas no transmita tracciones en la parte superior. Por lo tanto, si el

wpof,,,0.300000000 wpro,,,90.000000 wpof,,,0.061000000

!Colocamos el pasador

61

CYL4,0.1975,0.104,0.0225, , , ,0.088

104

22,5

197,5

Pegamos todas las placas wpof,,,-0.061000000 wpro,,,-90.000000 VGLUE,1,3 VGLUE,12,4 VGLUE,13,2

!Glue placa base con subplacas

VGLUE,1,3 VGLUE,12,2

!Glue entre subplacas

VGLUE,3,9 VGLUE,13,7 VGLUE,2,10 VGLUE,13,8

!Glue subplacas con refuerzos laterales

VGLUE,1,6 VGLUE,10,5

!Glue Subplaca central con placas grandes

VGLUE,12,6 VGLUE,7,13 VGLUE,9,5 VGLUE,8,13

!Glue refuerzos con placas grandes

Pegar el pasador a las placas no es tan sencillo:

default.

BTOL,1.0e-10, VOVLAP,11,12 VOVLAP,9,13 VADD,8,12 VADD,11,9 VGLUE,14,8,15 VPLOT BTOL,1.0e-4

!Con overlap eliminamos volumenes solapados !Cambiamos la tolerancia

Elegimos el elemento de mallado , tomaremos el tetraedro de 10 nodos (SOLID92), pues se trata de de 10 mm.

Introducimos las

ET,1,SOLID92 ESIZE,0.010,0, UIMP,1,EX, , ,2e10, UIMP,1,DENS, , ,7850, UIMP,1,NUXY, , ,0.3,

Procedemos al mallado, realizamos mallado de volumenes FREE. Como todos los elementos son de acero y

FLST,5,11,6,ORDE,2 FITEM,5,1 FITEM,5,-11 CM,_Y,VOLU VSEL, , , ,P51X CM,_Y1,VOLU CHKMSH,'VOLU' CMSEL,S,_Y VMESH,_Y1 CMDEL,_Y CMDEL,_Y1 CMDEL,_Y2

Introducimos la carga de 77800 N como una fuerza aplicada en los nodos de la parte superior del pasador. Para ello, nos colocamos en una vista frontal y seleccionamos mediante Box. SOLUTION > APPLY > FORCE > ON NODES

FLST,2,505,1,ORDE,237 FITEM,2,20420 FITEM,2,-20422 FITEM,2,20424 (...)

FITEM,2,-24178 FITEM,2,24275 FITEM,2,24297 F,P51X,FZ,-155,

Bloqueamos los desplazamientos de la base, en todos los DOF.

FLST,2,4409,1,ORDE,2 FITEM,2,7054 FITEM,2,-11462 D,P51X, , , , , ,ALL

Solucionamos

Este paso toma unos 5 minutos en un ordenador con Intel Core Duo a 1.60 GHz.

/SOLU SOLVE

RESULTADOS OBTENIDOS Observamos los primeros resultados obtenidos por Stress de Von Mises y podemos comenzar a extraer algunas conclusiones . en el elemento son de 0.407e09 N/m 2

Las

2 2

de rotura entre 400 y 500 N/mm 2.

podemos suponer que antes de ser alcanzadas, tensiones.

de las

/POST1 AVPRIN,0,0, PLNSOL,S,EQV,0,1

Por otro lado, vemos que las tensiones se encuentran, en casi toda la pieza, en el intervalo menor, entre 0 y 54,1 N/mm2 modificar esos intervalos para que nos permitan 2

/CONT,1,9,0, ,50000000 /REPLOT

, nos

.

2 2

.

/CONT,1,9,0, ,35000000 /REPLOT

Ocurre algo parecido en el pasador, al menos desde fuera. /VIEW, 1 ,WP /REPLOT

wpoff,,,-0.1975 /GRAPHICS,POWER /TYPE,1,1 /CPLANE,1 /SHADE,1,1 /REPLOT

se obtienen ya

2

/CONT,1,9,0, ,50000000 /REPLOT