UNIVERSIDAD NACIONAL DE LA PATAGONIA SAN JUAN BOSCO

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1 2016 UNIVERSIDAD NACIONAL DE LA PATAGONIA SAN JUAN BOSCO

2 Tabla de contenido 1. GENERALIDADES Ftool OPERACIONES CON ARCHIVOS Menú Archivo DIBUJO Y MANIPULACION Barra de control de edición Modo Teclado Modo Transformar CONTROLES DE VISUALIZACION Barra de control de visualización Control de coordenadas Menú Display CONFIGURACIONES Menú Opciones ATRIBUTOS PARA NODOS Y MIEMBROS ESTRUCTURALES Barra de control de atributos Parámetros del material Parámetros de la sección transversal del miembro estructural Condiciones de apoyo Conexiones de extremos entre miembros estructurales y nodos Restricciones en la deformación APLICACIÓN DE CARGAS Barra de control de cargas aplicadas Cargas aplicadas en nodos Momentos actuantes en extremos de miembros estructurales Cargas distribuidas uniformes y lineales Cambios de temperatura aplicados RESULTADOS Barra de resultados Modos de resultados Ejemplos FTOOL 3.01: Guía de uso Página 1 de 11

3 1. GENERALIDADES Asociación de Alumnos de Ingeniería Mecánica 1.1 Ftool 3.01 FTOOL, es un programa diseñado para el análisis de estructuras planas. Satisface una necesidad poco explorada por los programas educativos, o por otras versiones comerciales, que por lo general se centran en los análisis técnicos (numéricos). El objetivo de FTOOL es motivar el aprendizaje del comportamiento estructural. Experiencias educativas en esta área han demostrado que este conocimiento es esencial para una mejor comprensión de los métodos analíticos en el proceso de aprendizaje. FTOOL proporciona un programa de análisis simple que permite en una misma interfaz recursos efectivos para la creación y manipulación de modelos, y una eficaz visualización de los resultados. Los usuarios de esta versión educativa son libres de aplicar y redistribuir el programa como lo deseen. La autoría de FTOOL corresponde a Luiz Fernando Martha, Profesor del Departamento de Ingeniería Civil de la Universidad Católica de Rio de Janeiro. El siguiente manual en español fue elaborado por Jorge Palavecino, Presidente de la Asociación de Alumnos de Ing. Mecánica de la Universidad Nacional de la Patagonia San Juan Bosco de Comodoro Rivadavia, Chubut, Argentina. Versión 3.01 para Windows (32 bit y 64 bit): 2. OPERACIONES CON ARCHIVOS 2.1 Menú Archivo Desplegando la opción File encontraremos las funciones de FTOOL para trabajar con diferentes archivos. El menú File nos permite: Sing Convention: Elegir la convención de signos a utilizar para el cálculo de los esfuerzos estructurales. New: Crear un nuevo modelo Open: Abrir un modelo guardado Save: Guardar el modelo actual o guardarlo con otro nombre (save as) Import Propities: Importar la configuración de propiedades estructurales de otro archivo. Export: Exportar la imagen de pantalla como archivo imagen al portapapeles. Totals: Contabilizar el total de miembros estructurales y de nodos. Limits: Definir las coordenadas de los límites de la pantalla. Exit: Salir del programa. FTOOL 3.01: Guía de uso Página 2 de 11

4 3. DIBUJO Y MANIPULACION 3.1 Barra de control de edición La barra de edición consiste en: Asociación de Alumnos de Ingeniería Mecánica Select mode: Permite seleccionar miembros y nodos ya creados. Insert member: Permite insertar un miembro estructural. Insert node: Permite insertar un punto nodal. Insert dimensión line: Permite insertar una línea de cota. Keyboard mode: Activa el Modo Teclado para la inserción de miembros y nodos. Transform: Permite modificar los miembros estructurales ya creados. 3.2 Modo Teclado Para la colocación de miembros estructurales y de nodos se puede simplemente presionar las funciones Inserte member o Insert node según corresponda y colocarlos en el modelo de dibujo. Otra alternativa es activar el Modo Teclado, presionando la opción Keyboard Mode, de esta forma el programa nos solicitara que definamos las coordenadas de los extremos de un miembro estructural, o las coordenadas de ubicación del nodo a colocar. Para la colocación de miembros estructurales, el programa nos permite definir las coordenadas de los extremos de forma Absoluta (Basándose en el origen de coordenadas del programa) o de forma Incremental (Tomando de origen las coordenadas del nodo donde comienza el miembro estructural). FTOOL 3.01: Guía de uso Página 3 de 11

5 3.3 Modo Transformar Presionando la función Transform, se activa el Modo Transformar. Dentro de este modo, podemos realizar modificaciones de nuestro modelo realizado. Move: Nos permite mover el modelo seleccionado a una nueva posición definiendo las distancias X e Y. Rotate: Nos permite rotar el modelo desde un centro de coordenadas un ángulo a gusto. Scale: Nos permite aplicar un factor de escala al modelo seleccionado a partir de un centro de coordenadas definido. Mirror: Nos permite realizar una simetría del modelo seleccionado respecto de una línea definida por coordenadas. Marcando la opción Leave original podemos realizar una copia del modelo aplicando alguna de las funciones ya mencionadas. Para finalizar presionar Forward. Para deshacer Back. 4. CONTROLES DE VISUALIZACION 4.1 Barra de control de visualización Esta barra de opciones nos permite configurar la visualización del modelo. Redisplay: Redibuja el modelo. Fit world on screen: Encuadra todo el modelo dentro de la pantalla. Zoom in given rectangule: Define un rectángulo donde hacer enfoque. Zoom in: Acercar. Zoom out: Alejar. Scale work space: Perilla para ampliar o reducir la escala del modelo. FTOOL 3.01: Guía de uso Página 4 de 11

6 4.2 Control de coordenadas Esta barra de comandos nos permite, en una primera instancia, conocer que ancho y alto tiene nuestra pantalla de visualización (H: longitud horizontal; V: longitud vertical). Además, nos permite conocer en qué coordenadas del plano de dibujo nos encontramos. A su derecha, podemos activar la función Grid, la cual activa una Rejilla, que nos sirve de guía para facilitar el dibujo en el modelo. Para esta función deben definirse los espacios entre los puntos de la rejilla (X: Intervalos en x; Y: Intervalos en y). Activar la función Grid habilita la opción Snap la cual nos fuerza a utilizar los puntos definidos por la rejilla y nos facilita el dibujo de los miembros estructurales en determinados casos. 4.3 Menú Display El menú Display, nos permite configurar los elementos que observamos en la pantalla de visualización. Los más importantes son: White/Gray/Black Blackground: Permite cambiar el color de fondo del espacio modelo. Dimension Lines: Permite observas las líneas de cota. Member Orientation: Permite observar la orientación del miembro estructural. Supports: Permite observar los soportes de la estructura. Result Values: Permite observar los esfuerzos resultantes. Reactions/Reaction Values: Permite observar la dirección de las reacciones de la estructura y sus valores. Node Numbers: Asigna a cada nodo un número identificatorio. Member Numbers: Asigna a cada miembro estructural un número identificatorio. 5. CONFIGURACIONES 5.1 Menú Opciones El menú opciones nos permite configurar el tamaño de visualización de los soportes, de las cargas y del texto. (Support and Hinge Displazy Size, Load Display Size, Text Display Size) Además permite configurar tanto las unidades que deseemos utilizar, como el formato en que no es entregado el valor resultado. FTOOL 3.01: Guía de uso Página 5 de 11

7 6. ATRIBUTOS PARA NODOS Y MIEMBROS ESTRUCTURALES 6.1 Barra de control de atributos Los botones de esta barra de herramientas nos permiten asignar propiedades a nodos y a miembros estructurales. Material Parameters: Permite definir las características del material utilizado. Seccion Propieties: Permite definir la sección de trabajo del perfil utilizado. Support Conditions: Permite definir los apoyos que sostienen la estructura. Rotation Release: Permite definir si hay o no articulaciones entre miembros estructurales. Deformation constraints: Permite aplicar restricciones a las deformaciones de los miembros estructurales. Estas opciones tienen todas en común un sub-menú el cual permite las siguientes funciones: Create New: Permite crear un nuevo bloque de atributos. Import list: Importa una lista de bloques de atributos de otro archivo. Rename block: Cambia el nombre del bloque de atributos actuales. Condense list: Resume el conjunto de propiedades. Select members: Selecciona todos los miembros estructurales pertenecientes a dicho bloque de atributos. Apply to all: Aplica la configuración del bloque de atributos a todos los miembros estructurales del modelo. 6.2 Parámetros del material Permite crear un bloque de atributos referidos al material de los miembros estructurales. Primero debe definirse el nuevo bloque apartir de la función Create new material parameters para luego definir las propiedades que describen al material. Pueden haber miembros estructurales de diferentes materiales. E: Modulo elástico de deformación axial. v: Factor de deformación lateral, Efecto Poisson. a: Coeficiente de expansión térmica. PROPIEDADES MECÁNICAS DE MATERIALES COMÚNMENTE UTILIZADOS. MATERIAL Módulo Elástico (GPa) Coef. Poisson Coef. Térmico (1/ C) ACERO ,30 11,3 xe(-6) ALUMINIO 70 0,33 23,6 xe(-6) BRONCE 45 0,35 27,0 xe(-6) FTOOL 3.01: Guía de uso Página 6 de 11

8 6.3 Parámetros de la sección transversal del miembro estructural. Comenzamos definiendo un nuevo bloque de atributos de sección transversal, al cual le asignamos diversos parámetros. Esta configuraciones puede aplicarse tanto a algunos, como a todos los miembros estructurales del espacio modelo. Al generar un nuevo bloque, nos va a solicitar que especifiquemos si la sección transversal está o no, normalizada. Los perfiles que considera el programa corresponden a la Norma Brasilera (BR). Tambien permite contemplar si el perfil posee una forma geométrica regular (Cuadrada, Rectangular, Circular, etc). En caso de no ser ninguna de las anteriores, o para un caso de aplicación donde no influya la sección transversarl, elegimos la opción Generic Integral properties. Una vez definidas la forma del perfil, definiremos las características geométricas. Para el caso de un perfil genérico, definimos las Integral properties. Section Area: Define el valor del área transversal. Effective Shear Area: Define el valor del área efectiva de corte. Section Moment of inertia: Define el momento de inercia de la sección. Section Depth: Define la altura de la sección. Gravity Point Height (from botton): Define la ubicación del centro de masa respecto del fondo del perfil. 6.4 Condiciones de apoyo. A través de este menú, el programa nos permite establecer los apoyos que sostendrán la estructura. Tildar las opciones Fix, permitirán bloquear el desplazamiento en el eje X, Y o la rotación en el eje Z. Estos apoyos también pueden estar colocados con cierto ángulo (Angle). En caso de que quisiéramos considerar apoyos elásticos, activamos la función Spring, la cual nos permite cierta deformación a lo largo del eje seleccionado. Para ello, además debemos definir los valores de las constantes de deformación elástica para los apoyos (Spring Stiffness Values) Pueden definirse desplazamientos y rotaciones previas a la aplicación de carga aplicando la opción Prescribed Displacem/Rot y asignando los valores correspondientes. FTOOL 3.01: Guía de uso Página 7 de 11

9 6.5 Conexiones de extremos entre miembros estructurales y nodos. Este menú, permite considerar que existen articulación en los nodos, o en los extremos de los miembros estructurales. Se selecciona el tipo de vinculación y luego se aplica al nodo o al miembro estructural seleccionado. El circulo hueco corresponde a una articulación, el punto oscuro corresponde a un nodo. 6.6 Restricciones en la deformación. Esta función nos permite definir si algún miembro estructural va a comportarse como un cuerpo rígido (Rigid Member), o si van a considerarse o no, las deformaciones por esfuerzo axial y por esfuerzo de corte. 7. APLICACIÓN DE CARGAS 7.1 Barra de control de cargas aplicadas Esta barra de herramientas nos permite: Nodal Forces: Definir cargas en los nodos. Member end moments: Definir momentos en los finales de un miembro estructural. Uniform load: Definir una carga distribuida uniforme. Linear Load: Definir una carga distribuida con variación lineal. Thermal load: Definir un cambio de temperatura a los miembros estructurales. 7.2 Cargas aplicadas en nodos. Con esta aplicación, creamos un bloque de cargas, para la cual definimos las fuerzas y momentos actuantes en un punto de la estructura. Las fuerzas deben indicarse por su componentes en el eje X e Y, según la convención de signos que posee el programa (positivo hacia la derecha en X y hacia arriba en Y). El momento aplicado positivo corresponde con el positivo del eje Z. Creamos un bloque de cargas distinto por cada uno de los valores de carga distintos que se encuentren aplicados. FTOOL 3.01: Guía de uso Página 8 de 11

10 7.3 Momentos actuantes en extremos de miembros estructurales. Permite definir momentos concentrados en extremos de los miembros estructurales. Los momentos aplicados en sentido anti-horario son positivos (Sentido de Z positivo). Ma es el momento definido en el inicio del miembro estructural, mientras que Mb corresponde el momento aplicado al nodo final del miembro. 7.4 Cargas distribuidas uniformes y lineales. Este sub-menú permite definir cargas con variación lineal o uniformes sobre un miembro estructural. En caso de cargas lineales (Linear loading) es necesario especificar el valor de la carga al comienzo y al final del miembro estructural. 7.5 Cambios de temperatura aplicados. En este sub-menú definimos si hay cambios de temperaturas aplicados al miembro estructural. FTOOL 3.01: Guía de uso Página 9 de 11

11 8. RESULTADOS Asociación de Alumnos de Ingeniería Mecánica 8.1 Barra de resultados Esta barra de herramientas nos permite visualizar los diferentes resultados que nos interesen obtener. Scale Result Display: Permite Modificar la escala del grafico resultado. Diagram Results: Permite obtener los diagramas de esfuerzo como resultado. Influence Line Results: Permite obtener el diagrama de una línea de influencia para un punto determinado. Load-Train envelope results: Permite obtener el diagrama de envolvente como resultado. Axial Force: Permite observar el diagrama de esfuerzo axial. Shear Force: Permite observar el diagrama de esfuerzo de corte. Bending Moment: Permite observar el diagrama de momento flexor. Deformed Configuration: Permite obtener el diagrama de deformaciones de la estructura. 8.2 Modos de resultados Los gráficos obtenemos como resultado se pueden clasificar como: Gráficos de esfuerzos: Activando Diagram Results, nos permite observar los diagramas de esfuerzos de la estructura seleccionando luego el esfuerzo característico deseado (Axial Force, Shear Force, Bending Moment). Gráficos de líneas de influencia: Activando Influence Line Results, nos permite observar la línea de influencia para un punto específico de la estructura según el esfuerzo característico deseado (Axial Force, Shear Force, Bending Moment). Gráficos de líneas de envolvente: Activando Load-Train envelope results, nos permite observar el grafico de una línea de envolvente para un determinado tren de carga. Gráficos de deformación: Activando Deformation Configuration, nos permite observar el diagrama de deformaciones de la estructura bajo cargas. FTOOL 3.01: Guía de uso Página 10 de 11

12 8.3 Ejemplos Diagrama de cargas Diagrama de Esf.Axial Diagrama de Corte Diagrama de Momentos Diagrama de deformacion FTOOL 3.01: Guía de uso Página 11 de 11