ELEMENTOS FRAME Mérida, Venezuela.

Transcripción

1 ELEMENTOS FRAME Mérida, Venezuela.

2 EJEMPLO N 1 El ejemplo mostrado en la Figura 1 corresponde a un pórtico de acero que soporta una carga horizontal en el tope. El ejemplo será resuelto usando elementos de tipo Frame. 2.5 E4 lb 2.5 E4 lb 2.75 E5 lb 300 in Sección: Radio: in Espesor: 0.25 in 250 in Datos del material: E = Lb/in 2 G = Lb/in 2 Fy = 51.9 x 10 3 Lb/in v = 0.0 1) MODULO PART. Figura 1. Dimensiones del pórtico 1. Se crea el pórtico con la barra principal de herramientas seleccionando Part Create, asignando los siguientes datos a la pieza como se muestra en la Figura 2. Nombre: Portico Modeling space: 2D Type: Deformable Shape: Wire Aproximate Size: 900 1

3 Figura Se selecciona la herramienta create lines conected, construyendo tres líneas de coordenadas (-125.0, 0.0); (-125.0, 300.0); (125.0, 300.0) y (125.0, 0.0) como se muestra en la Figura 3, clic en Done. Figura 3. 2) MODULO PROPERTY. 1. Se crea el perfil que será asignado al pórtico mediante la opción Profile- 2

4 Create Pipe, (r = , t = 0.25). Fig Se crea una sección a través de la opción Section Create de categoría Beam y tipo Beam, seleccionando Befote analysis como se muestra en la Figura 5. Fig Asignamos la sección a la geometría con Assign Section seleccionamos la geometría creada, hacemos clic en OK dejando las opciones por defecto como se muestra en la Figura 6. 3

5 Figura Se asigna la orientación de la sección a través de Assign Beam Section Orientation. Para elementos FRAME en el plano las direcciones n1 son siempre (0.0, 0.0, -1.0), siendo normal al plano donde ocurre el movimiento. Figura Se crea el grupo de elementos Elem el cual tiene igual propiedades y tipo de sección mediante la opción Tools Set Create, seleccionando el pórtico y hacemos clic en Done. 4

6 3) MODULO ASSEMBLY. Ahora creamos una instancia por medio de la opción Instance Create, seleccionamos Portico, opción Independent y hacemos clic en OK. Fig. 8 4) MODULO STEP. 1. Creamos el step en el cual se aplicara las cargas verticales sobre los nodos superiores, mediante Step Create. Seleccionamos Procedure Type: General, Static General. En la ventana de dialogo Edit Step dejamos las opciones por defecto y se selecciona On (Nlgeom) para considerar la no linealidad geométrica. Fig Se crea un segundo step para aplicar la carga horizontal sobre el nodo superior mediante Step Create. Seleccionamos Procedure Type: General, 5

7 Static General. En la ventana de dialogo Edit Step colocamos como periodo de tiempo 10 y en Incrementación (Inicial = 1; Mínimo = ; Máximo 10) dejamos las demás opciones por defecto. Fig En Output Field Output Request Manager Edit seleccionamos las siguientes variables: U (componentes de desplazamiento), CF (Fuerzas concentradas y momentos). Se deben incluir las siguientes salidas para el step 1 y 2 correspondientes al elemento FRAME (SEE, SEP, SALPHA, SF): SF1: Fuerza axial. SF2: Fuerza de corte transversal. SM1: Momento a flexión alrededor del eje local 1. SEE1: Deformación axial elástica. SKE1: Cambio de curvatura elástica alrededor del eje local 1. SEP1: Desplazamiento axial plástico. SKP1: Rotación plástica. SALPHA1: (Backstress) Fuerza axial. SALPHA2: (Backstress) Momento a flexion. 5) MODULO LOAD. 1. En la barra principal de herramientas seleccionamos BC Create dejando el nombre por defecto, Categoría Mechanical y del tipo Encastre, hacemos clic en OK. Seleccionamos los dos nodos inferiores y Encastre como el tipo de restricción a aplicar. 6

8 (c) Fig En el paso 1 aplicamos una carga vertical concentrada de -2.5 E4 lb por medio de la opción Load Create Concentrated force. 7

9 (c) Fig En el paso 2 aplicamos una carga horizontal concentrada de 2.75 E5 lb por medio de la opción Load Create Concentrated force. (c) Fig. 13 8

10 6) MODULO MESH. 1. De la barra de herramientas seleccionamos Seed Edge by number, posteriormente seleccionamos en el borde inferior de la pantalla la opción Sets y escogemos el grupo Elem creado anteriormente en el paso N 5 del módulo Property. Luego colocamos el valor de 1 de manera tal que cada elemento estructural este conformado por un elemento finito, tal como se muestra en la figura 14. Fig El mallado se crea seleccionando en la barra principal de herramientas Mesh Instance y haciendo clic en Yes. Observar que la figura toma el color verde. Figura 15. 9

11 3. Por medio de la opción Assign Element Type se asigna el elemento finito del tipo Beam de 2 nodos y de integración cubica B23. 7) MODULO JOB 1. Para crear el trabajo hacemos clic en Job Create seleccionamos el modelo creado y hacemos clic en Continue como se muestra en la Figura 16. Seleccionamos la opción Data Check para generar el archivo INP que será modificado de manera tal de asignarle el elemento finito FRAME ya que Abaqus/Cae no soporta este tipo de elemento. Fig. 16 8) MODIFICACION DEL ARCHIVO INP Con cualquier editor de texto abrimos el archivo de extensión.inp el cual nos muestra los datos del problema generado. En el archivo se nos muestran tres tipos de líneas: líneas de palabras claves, líneas de datos y líneas de comentario. 1. Líneas de palabras claves: Estas líneas introducen palabras claves y a menudo parámetros conocidos por el programa, las cuales se encuentran en frases separadas por comas. Estas líneas están dentificadas por un asterisco al inicio de la palabra. 2. Líneas de datos: Se usan para la entrada de datos que pueden ser numéricos o alfanuméricos. 3. Líneas de comentarios: Son líneas que se utilizan para escribir comentarios en el archivo de entrada. Identificadas por dos asterisco al inicio de la palabra. 10

12 Las palabras claves y parámetros son definidos en el Abaqus Keywords Reference Manual. A continuación se listan las líneas que deben ser modificadas en el archivo INP, con la finalidad de adecuarlo para que pueda ser analizado con elementos tipo FRAME2D. Línea a modificar: *Element, type=b23 Nueva Línea: *ELEMENT,TYPE=FRAME2D Línea a modificar: *Beam General Section, elset=_pickedset2, section=pipe , ,0.,-1. 3e+07, 1.5e+07 Nueva Línea: *FRAME SECTION,SECTION=PIPE,ELSET=_PickedSet2, YIELDSTRESS=51.9E3,PLASTIC DEFAULTS , ,0., E7,1.5E7 El archivo debe quedar de la siguiente manera: *Heading Job name: Beam Model name: Beam *Preprint, echo=no, model=no, history=no, contact=no PARTS *Part, name=portico *End Part ASSEMBLY *Assembly, name=assembly *Instance, name=portico-1, part=portico *Node 1, -125., 0. 2, -125., , 125., , 125., 0. *ELEMENT,TYPE=FRAME2D 1, 1, 2 2, 2, 3 3, 3, 4 *Nset, nset=_pickedset2, internal, generate 1, 4, 1 *Elset, elset=_pickedset2, internal, generate 11

13 1, 3, 1 *Nset, nset=_pickedset3, internal, generate 1, 4, 1 *Elset, elset=_pickedset3, internal, generate 1, 3, 1 *Nset, nset=elem, generate 1, 4, 1 *Elset, elset=elem, generate 1, 3, 1 Region: (Seccion:Picked), (Beam Orientation:Picked) *Elset, elset=_pickedset2, internal, generate 1, 3, 1 Section: Seccion Profile: Profile-1 *FRAME SECTION,SECTION=PIPE,ELSET=_PickedSet2, YIELDSTRESS=51.9E3,PLASTIC DEFAULTS , ,0., E7,1.5E7 *End Instance *Nset, nset=_pickedset4, internal, instance=portico-1 1, 4 *Nset, nset=_pickedset5, internal, instance=portico-1 2, 3 *Nset, nset=_pickedset6, internal, instance=portico-1 2, *End Assembly BOUNDARY CONDITIONS Name: Empotramiento Type: Symmetry/Antisymmetry/Encastre *Boundary _PickedSet4, ENCASTRE STEP: Step-1 *Step, name=step-1, nlgeom=yes *Static 1., 1., 1e-05, 1. LOADS Name: Load-1 Type: Concentrated force *Cload _PickedSet5, 2, OUTPUT REQUESTS *Restart, write, frequency=0 FIELD OUTPUT: F-Output-1 *Output, field *Node Output 12

14 CF, U *Element Output, directions=yes SALPHA, SEE, SEP, SF HISTORY OUTPUT: H-Output-1 *Output, history, variable=preselect *End Step STEP: Step-2 *Step, name=step-2, nlgeom=yes *Static 1., 10., , 10. LOADS Name: Load-2 Type: Concentrated force *Cload _PickedSet6, 1, OUTPUT REQUESTS *Restart, write, frequency=0 FIELD OUTPUT: F-Output-1 *Output, field *Node Output CF, U *Element Output, directions=yes SALPHA, SEE, SEP, SF HISTORY OUTPUT: H-Output-1 *Output, history, variable=preselect *End Step 9) ANALISIS DEL ARCHIVO INP MODIFICADO El archivo INP modificado no puede ser analizado usando Abaqus/Cae, por lo tanto, el usuario debe correrlo en el cluster utilizado (grid013, ceidis, etc) por medio del siguiente comando: En grid013 se debe usar: /usr/local/abaqus/commands/abaqus job=nombre En ceidis se debe usar: abaqus job=nombre Nombre es el nombre del archivo INP sin la extensión. Una vez realizado el análisis se procede a visualizar los resultados por medio del modulo de visualización de Abaqus/Cae. 13

15 9) VISUALIZACION A través de la opción File Open seleccionamos el archivo con extensión.odb el cual mostrara los resultados del portico analizado. 1. Por medio de la opción Result Fiel Output seleccionamos la variable de salida U y como componente U1. Obteniéndose un valor máximo en la esquina superior de in. Igual para la componente CF1. Figura 17. Figura

16 2. La grafica Fuerza vs. Desplazamiento se obtiene a través de la opción Tools XY Data Create ODB fiels output, seleccionando en Position: Unique Nodal las variables CF1 y U1 (Fig 19a). Posteriormente en la pestaña Elements/Nodes seleccionar como Method: Pick from viewport, luego Edit Selection (Fig 19b) y sobre el pórtico escoger el nodo superior (Fig 19c), luego Done y en la pantalla seleccionar Save y Ok (Fig 19d). (c) (d) Figura

17 Finalmente la grafica se obtiene por medio de la opción Tools XY Data Create Operate on XY data, como Operators seleccionamos Combine(x,x) (Fig 20a), luego escogemos U1 y le damos Add to Expression añadimos el carácter coma (, ) (Fig 20b) y seleccionamos la variable CF1 y nuevamente clic en Add to Expression (Fig 20c), luego Plot Expression (Fig 20d). (c) (d) Figura