A. T. Brewer a, C. N. Gómez a,b, y S. Preidikman a,b a Departamento de Estructuras Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales Universidad

Documentos relacionados
DEPARTAMENTO DE FUNDAMENTOS DE ECONOMÍA E HISTORIA ECONÓMICA Matemáticas II EXAMEN FINAL Junio 2011 APELLIDOS: NOMBRE: D.N.I.

6. Elementos tipo viga

5. Elementos tipo barra

PRUEBA DE ACCESO (LOGSE) UNIVERSIDAD DE BALEARES JUNIO (RESUELTOS por Antonio Menguiano) Tiempo máximo: 1 horas y 30 minutos OPCIÓN A

Como ejemplo se realizará la verificación de las columnas C9 y C11.

APLICACIONES DE LAS ECUACIONES DIFERENCIALES ORDINARIAS DE PRIMER ORDEN A PROBLEMAS QUE INVOLUCRAN A LA RECTA TANGENTE Y LA RECTA NORMAL

SEPTIEMBRE Opción A

FUNCIONES DE DOS VARIABLES DOMINIOS, DERIVADAS PARCIALES Y DIRECCIONALES. Preguntas de dominios y curvas de nivel

I, al tener una ecuación. diferencial de segundo orden de la forma (1)

lm í d x = lm í ln x + x 1 H = lm í x + e x 2

Typeset by GMNI & FoilTEX

1. (RMJ15) a) (1,5 puntos) Discute el siguiente sistema de ecuaciones en función del parámetro a:

Por sólo citar algunos ejemplos, a continuación se mencionan las aplicaciones más conocidas de la integral:

TEMA 4:Transformaciones geométricas

Primer Examen Parcial Tema A Cálculo Vectorial Septiembre 26 de 2017

Introducción al método de los

INTEGRALES 5.1 Primitiva de una función. Integral indefinida. Propiedades.

Solución a la práctica 6 con Eviews

Una onda es una perturbación que se propaga y transporta energía.

CAPITULO 5. ECUACIONES DIFERENCIALES DE ORDEN N Introducción Reducción de orden

168 Termoquímica y Cinética. Aspectos Teóricos

FIUBA Análisis Matemático II (61.03, 81.01) Integrador Tema 2 EL EXAMEN SE APRUEBA CON 3 EJERCICIOS BIEN RESUELTOS. Apellido:.

2 El Método de Elementos Finitos (MEF)

f (x)dx = f (x) dx. Si la respuesta es afirmativa justifíquese, si es negativa,

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA MECÁNICA INGENIERÍA INDUSTRIAL DISEÑO MECÁNICO PRÁCTICA Nº 3

Calcula el volumen del cono circular recto más grande que está inscrito en una esfera de radio R. Por lo tanto el volumen del cono es: π V

Método de los Elementos Finitos para Análisis Estructural. Alisado de tensiones

TEMA 11. La integral definida Problemas Resueltos

EJERCICIOS UNIDADES 3 y 4: INTEGRACIÓN DE FUNCIONES

INSTITUTO DE CIENCIAS MATEMÁTICAS CÁLCULO DIFERENCIAL. TERCERA EVALUACIÓN Septiembre 17 de Nombre:

SOLUCIONARIO. UNIDAD 13: Introducción a las derivadas ACTIVIDADES-PÁG Las soluciones aparecen en la tabla.

Problemas Tema 1 Solución a problemas de Repaso de 1ºBachillerato - Hoja 07 - Problemas 2, 4, 5

1.- Qué funciones son primitivas de la función cosx: Tachar lo que no proceda

CARACTERÍSTICAS EXTERNAS y REGULACIÓN de TRANSFORMADORES

Representación esquemática de un sistema con tres fases

= 6 ; -s -4 s = 6 ; s= - 1,2 m. La imagen es real, invertida respecto del objeto y de mayor tamaño.

Hoja 1. Trigonometría.doc Hoja 2. Resolución de triángulos.doc Hoja 3. Geometría analítica.doc Hoja 4. Cónicas.doc Hoja 5. Funciones, límites y

( y la cuerda a la misma que une los puntos de abscisas x = 1 y x = 1. (2,5 punto)

SOLUCIONES A LOS EXÁMENES DE ANÁLISIS

Problemas resueltos. Problema 4.1 R 4 C E L. k i 4 3 R 3

SOLUCIONES A LOS EJERCICIOS DE LOS EXÁMENES DE ANÁLISIS CURSO

Algoritmo para Aproximar el Área Bajo la Curva de la Función Normal Estándar

6. [ARAG] [JUN-A] Sea F(x) = 7. [ARAG] [JUN-B] Calcular

Sistemas de control: Elementos componentes, variables, función de transferencia y diagrama funcional.

RESUMEN DE FUNCIONES. LIMITE Y CONTINUIDAD

Tabla de contenido. Página

a) f (x) = 1+Mg (x) <1 2-1<1+mg (x)<1-2<mg (x)<0 <M<0 como como para que f sea Lipschitziana de [0,1] [0,1] con constante de

Matemáticas II TEMA 11 La integral definida Problemas Propuestos y Resueltos

Facultad de Ingeniería Matemática intermedia 1. Proyecto 2

CINEMÁTICA (TRAYECTORIA CONOCIDA)

Energía. Reactivos. Productos. Coordenada de reacción

I. E. S. ATENEA. SAN SEBASTIÁN DE LOS REYES EXAMEN PARCIAL. PRIMERA EVALUACIÓN. ANÁLISIS

IES Fco Ayala de Granada Junio de 2013 (Modelo 1 Específico 2 ) Solución Germán-Jesús Rubio Luna. Opción A

Límites finitos cuando x: ˆ

Elementos de acero Factores de longitud efectiva para el cálculo de la resistencia de elementos sometidos a compresión.

e 2/x +1 3) (1p) Halla las asíntotas de la siguiente función, estudia su posición relativa y expresa ésta gráficamente: ln f(x)= x+1

División 2b. Mecanismos de cuatro barras Análisis Algebraico Vectorial de Posición, Velocidad y Aceleración

Unidad 11 Derivadas 4

PRETENSADO. Verificación de Tensiones Normales

ANEJO 7º Cálculo simplificado de secciones en Estado Límite de Agotamiento frente a solicitaciones normales.

Variables aleatorias continuas

TEORÍA TTC-004: FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA DE UN CABLE

2º de Bachillerato. 3. Calcular la variación de entalpía de la reacción de combustión del etanol a partir de la tabla de entalpías de formación

+ ( + ) ( ) + ( + ) ( ) ( )

Ondas acústicas en dominios no acotados

CONDICIONES DE FUNCIONAMIENTO DEL TRANSFORMADOR

PROBLEMAS RESUELTOS SELECTIVIDAD ANDALUCÍA 2009 MATEMÁTICAS II TEMA 5: INTEGRALES

Considere la antena Yagi de la figura, formada por un dipolo doblado y un dipolo parásito, ambos de longitud λ/2, y separados una distancia d = λ/4.

Tema 2 La oferta, la demanda y el mercado

TEMA 10: DERIVADAS. f = = x

4.2. Ejemplo de aplicación.

PROBLEMAS RESUELTOS DE RECTAS TANGENTES Y NORMALES

EJERCICIOS DE LOS EXÁMENES DE ANÁLISIS MATEMÁTICAS II CURSO

Problemas Resueltos. el radio de la órbita circular, y la energía tiene el valor GMm 2 = a GM. 0. Es decir, 2 T 4π. GMm

BLOQUE II: GEOMETRÍA. TEMA 4. ESPACIO EUCLÍDEO TRIDIMENSIONAL: VECTORES. PRODUCTO ESCALAR, VECTORIAL Y MIXTO

Capítulo 6 PLASTICIDAD. σ e 6.1. INTRODUCCIÓN

MEDICIÓN DE LA BANDA PROHIBIDA DEL SILICIO

Facultad de Ingeniería Matemática intermedia 1. Proyecto 2

105 EJERCICIOS de DERIVABILIDAD 2º BACH.

Soluciones a los ejercicios propuestos Unidad 1. El conjunto de los números reales Matemáticas aplicadas a las Ciencias Sociales I

APLICACIONES DE LA DERIVADA

MÉTODO PROPUESTO PARA LA OBTENCIÓN DE LÍMITES DE ESBELTEZ

UNIDAD 2 HIDRAÚLICA. GENERALIDADES. Capítulo 2 PRESIONES EN LOS LÍQUIDOS : HIDROSTATICA SECCIÓN 2 : EMPUJES SOBRE SUPERFICIES PLANAS Y CURVAS

Capítulo V CONDICIONES DE FRONTERA Y MODELAMIENTO NUMÉRICO EN ECUACIONES DIFERENCIALES

PROBLEMAS RESUELTOS SELECTIVIDAD ANDALUCÍA 2013 MATEMÁTICAS II TEMA 5: INTEGRALES

2x 1. (x+ 1) e + 1 2x. 3.- Derivabilidad de una función. 6x 5, si2 x 4

LECCIÓN 5: ECUACIONES DIFERENCIALES ORDINARIAS DE PRIMER ORDEN DE VARIABLES SEPARABLES

2ª PRUEBA 24 de febrero de 2017

Choque inelástico entre dos partículas: análisis basado en el coeficiente de restitución

ESCUELA UNIVERSITARIA DE INGENIERÍA TÉCNICA AERONÁUTICA DEPARTAMENTO DE MATEMÁTICA APLICADA Y ESTADÍSTICA EXAMEN DE CÁLCULO I 1 de febrero de 2006

Apellidos: Nombre: Curso: 2º Grupo: A Día: 24-II-2016 CURSO

SOLUCIONES DE LAS ACTIVIDADES Págs. 65 a 83

Dpto. de Ingeniería Eléctrica Daniel Moríñigo Sotelo. MÁQUINAS ELÉCTRICAS, 3º Ingenieros Industriales Examen Ordinario 14 de Febrero de 2004

Métodos específicos de generación de diversas distribuciones continuas

CALCULO INTEGRAL. Ejercicios. 1 a Parte: Diferenciales. Rumbo al examen de recuperación. Faus2016. x 1

PROBLEMAS CÁLCULO INTEGRAL Y ECUACIONES DIFERENCIALES

Relaciones importantes para la entropía.

Transcripción:

Brwr, Góm, Pridikman Análisis d vigas d scción arbitraria somtidas a tnsions d cort causadas por suros d torsión cort: part -ormulación mdiant lmntos initos AÁLISIS DE VIGAS DE SECCIÓ ARBIRARIA SOMEIDAS A ESIOES DE CORE CAUSADAS POR ESFUERZOS DE ORSIÓ Y CORE: PARE FORMULACIÓ MEDIAE ELEMEOS FIIOS A.. Brwr a, C.. Góm a,b, S. Pridikman a,b a Dpartamnto d Estructuras Facultad d Cincias Exactas, Físicas aturals Univrsidad acional d Córdoba, Av. Vél Sarsild 1611, CP 5000, Córdoba, Argntina. b COICE Conso acional d Invstigacions Cintíicas écnicas, Av. Rivadavia 1917, Bunos Airs, Argntina. Email: altulbrwr@gmail.com RESUME Esta s la sgunda part d un trabao raliado por los mismos autors. En la Part 1 s prsntó la toría. En la Part s implmnta la toría prsntada: n primr lugar, s trata la ormulación d la toría d Saint Vnant aplicada a suros d torsión utiliando l Método d Elmntos Finitos; n sgundo lugar, s implmnta la toría prsntada para dtrminar las tnsions d cort producidas por cargas transvrsals al d la structura. Los rsultados prmitn cuantiicar los valors d las tnsions d cort, dl momnto d inrcia polar para sccions d orma arbitraria, la posición dl cntro d cort, los coicints para pondrar las áras d cort. Palabras clav: Vigas. orsión. nsions d Cort por Cort. Elmntos Finitos. IRODUCCIÓ El disño d vigas utiliando lmntos unidimnsionals ormulados n l marco dl Método d Elmntos Finitos (MEF) rquir la caractriación d la rigid d la scción, qu dpnd dl matrial, d las propidads gométricas d la misma dl tipo d suro a qu s ncuntra somtida la structura. Entr las propidads gométricas d la scción s ncuntran l ára, los momntos d inrcia, l momnto d inrcia polar l ára d cort s corrspondn con los suros normals, d lxión, torsión cort rspctivamnt. Admás, d la mano d stos obtivos s ncuntra la dtrminación d stado tnsional d la pia. En structuras aronáuticas son d particular intrés las sccions d pard dlgada las coniguracions d una o varias cldas. El noqu utiliado n los primros trabaos, con l obto d rsolvr las custions d sccions somtidas a torsión cort, s rlaciona con los conocidos como métodos d las uras, [1,, 3, 4, 5]. La toría s particularia sgún la scción sa sólida, dlgada abirta, d una clda, o d varias cldas. A su v, s considran sparadamnt los comportamintos bao cargas d torsión d cort. En st trabao, n primr lugar, s implmnta la ormulación d la toría d Saint Vnant aplicada a suros d torsión utiliando l MEF. En sgundo lugar, s implmnta la toría prsntada para dtrminar las tnsions d cort producidas por cargas transvrsals al d la structura. Ambas ormulacions uron prsntadas n la Part 1 d st trabao. Los rsultados obtnidos pudn sr aplicados a sccions transvrsals d cualquir orma prmitn caractriar los valors d las tnsions d cort, dl momnto d inrcia polar para sccions d orma arbitraria la posición dl cntro d cort. Conocidas las tnsions d cort, s pudn calcular los coicints para pondrar las áras d cort, coicints qu rsultan ncsarios si s quir modlar vigas siguindo la toría d imoshnko [7]. Est trabao, s un paso prliminar a la cuantiicación d las caractrísticas sccionals qu dtrminan las rigidcs n vigas d una o más cldas construidas con matrials compustos, lo qu prmitirá modlar structuras d palas d arognradors alas d avions. En stas structuras, la coniguración d apilado la disposición d las ibras n las dirnts capas d matrial dinn las dormacions d lxión torsión.

Brwr, Góm, Pridikman Análisis d vigas d scción arbitraria somtidas a tnsions d cort causadas por suros d torsión cort: part -ormulación mdiant lmntos initos FORMULACIO E ELEMEOS FIIOS orsión S adopta un lmnto cuadrilátro isoparamétrico d 9 nodos, d tal modo qu la unción, n l dominio dl lmnto d rrncia s scrib 9,, ω (1) 1 En la (1), ω contin los valors d la unción n los nudos dl lmnto contin las uncions d orma dl lmnto:,,,,,,,, () 1 3 4 5 6 7 8 9 1 4; (1 )(1 ) 4; 3 (1 )(1 ) 4 4 (1 )(1 ) 4; 5 (1 )(1 ) 4; 6 (1 )(1 ) 4 7 (1 )(1 ) 4; 8 (1 )(1 ) 4; 9 4(1 )(1 ) 4 Dado qu l lmnto s isoparamétrico ntoncs las coordnadas ísicas, s rlacionan con las coordnadas dl lmnto d rrncia n la misma orma d la (1), s dcir 9 9,, ;,, 1 1 (4) La matri Jacobiana d la transormación (4) s din como: J11 J1 J J1 J, n orma similar a la (1) Si n l dominio ísico dl lmnto s dscrib la unción,, En la (6) s han idntiicado a las uncions d intrpolación 9 ω (6) 1 (3) (5) con los subíndics, para qu no s conundan con las n las (1). Entoncs, las drivadas d,,,,,,, s pudn calcular hacindo ; Y n unción d la matri Jacobiana la antrior s xprsa,,,, 1 1 J J 1 J,,, dt J 1 J 11, J Por último s rcurda como s modiican las intgrals ant un cambio d variabls como l (4):, d d, dt J d d (9) Si s adopta como unción d pso W (, ) ntoncs, a nivl lmntal, la primra intgral d la cuación (3) d la primra part, s xprsa W dd dd ω k ω (10) (7) (8)

Brwr, Góm, Pridikman Análisis d vigas d scción arbitraria somtidas a tnsions d cort causadas por suros d torsión cort: part -ormulación mdiant lmntos initos La matri k s pud scribir como k dd, dd (11) A partir d las (8) (9), la (11) s pud xprsar sobr l lmnto mastro: 1 k, dd, J J 11 dt J dd; ó (1) 1 k B B dt J dd; B J 11 (13) La sgunda intgral n la c. (6) W v d, dd dt dd B J p 11 (14) Finalmnt la orma discrta d la c. (3) d la primra part, s obtin dl nsambl d las matrics vctors lmntals (10) (14): Momnto Polar d Inrcia 1 k ω p K ω P (15) El momnto polar d inrcia s obtin d la xprsión (11) (primra part) J,, da (16) A Qu s pud dsarrollar como J da I I da A A, O tnindo n cunta la (4), (6) (8),,,, (17) J I I, Bω dt J dd 1 1 I I p ω I I P ω I I ω Kω En la (18), P ω son l vctor indpndint la solución dl sistma d cuacions (15). Dtrminación d las nsions d Cort producidas por orsión A partir d las c. (1) d la primra part, s pud scribir x M x, x J, Es dcir qu la tnsión n cualquir punto intrior dl lmnto s calcula hacindo Con ; (18) (19) x M x B ω h (0) x J h. Para la valuación d la (0), dbn tnrs prsnts las c. (4, 5, 6, 7, 8, 13).

Brwr, Góm, Pridikman Análisis d vigas d scción arbitraria somtidas a tnsions d cort causadas por suros d torsión cort: part -ormulación mdiant lmntos initos Cort: carga V La primra intgral n la orma débil (38) d la primra part, tin la misma orma qu la primra intgral d (3) d la primra part, n conscuncia, si s adopta l mismo lmnto para dscribir l problma n orma lmntal rsulta: W dd B B dt J dd Φ k Φ (1) 11 En la sgunda intgral d la orma débil (38) (primra part), las componnts d vctor h h, h, s pudn scribir (vr c. (4)) como: h I q I r h1; h I q I r= h () ; r q (3) Y ntoncs, la sgunda intgral rsulta h1 W h d B dt dd h J (4) 11 Por último, la trcra intgral s calcula hacindo W 1 I I d 1 I I dt J dd (5) A nivl lmntal, la (38) (primra part), s scrib k Φ p (6) Con k dada por la (10) h1 p B 1 I I dt dd h J (7) 11 El nsambl d las cuacions lmntals conduc al sistma d cuacions inals 1 11 k Φ p K Φ P (8) Cort: carga V En orma similar, para la carga n la dircción, al aproximar por lmntos initos la orma débil (40) (primra part), rsulta un sistma d cuacions algbraicas d la orma K P (9) Qu rsulta dl nsambl d las matrics lmntals lmnto p qu s calculan: k (vr c. (10)) los vctors d carga d cada d1 p B 1 I I dt dd d J 11 (30) n la cual las componnts dl vctor d d, d s scribn: d I r I q d1; d I q I r= d (31) Cálculo d las nsions d cort producidas por Furas d Cort Las tnsions d cort s calculan a partir d las cuacions (0) (4) d la primra part, qu pudn scribirs como: x V V τ d h (3) x

Brwr, Góm, Pridikman Análisis d vigas d scción arbitraria somtidas a tnsions d cort causadas por suros d torsión cort: part -ormulación mdiant lmntos initos n la qu las componnts d los vctors primra part: d h stán xplicitados n las c. (1 5) d la,, d h ; ; ;,, d h Β Β d h (33) Dtrminación dl Cntro d Cort. Existn varias dinicions dl cntro d cort. Algunas son puramnt gométricas no dpndn dl módulo d Poisson otras, como n l prsnt caso, basadas n la toría d la lasticidad, si dpndn d dicho módulo. Para l cálculo d la coordnada cc dl cntro d cort s iguala l momnto qu produc la ura d cort V, actuando n l cntro d cort, rspcto dl cntroid d áras (s asum qu l Cntro d Cort s sitúa n l cuadrant positivo d un sistma d rrncia qu pasa por l cntroid), con l momnto qu producn las uras d cort (producidas por V ) rspcto dl mismo punto: V cc x x da (34) Al rmplaar las xprsions d la tnsión dadas por las c. (3) ( V 0 ), n (34), s conclu qu la coordnada cc no dpnd dl valor d la ura V. Lo mismo ocurr con cc rspcto d V : RESULADOS Y DISCUSIÓ V cc x x da (35) A continuación s prsntan algunos mplos numéricos a in d comparar con rsultados obtnidos utiliando otras aproximacions. orsión: Emplo 1 Z [m] 0.08 0.09 0.1 0.11 E= 10 GPa = 0.3 0.08 0.09 0.1 0.11 0.1 Y [m] (a) Pa 1.9E+08 1.7E+08 1.5E+08 1.3E+08 1.1E+08 9E+07 7E+07 5E+07 3E+07 1E+07 [MPa] Módulo d la nsión d Cort sobr los smis 00 0 0 0,5 1,0 1,5,0,5 3,0 3,5 4,0 Smis [cm] (b) Figura 1. Scción sólida líptica somtida a torsión. En la Figura 1 s mustra la distribución d los vctors d tnsión d cort sobr una scción líptica sólida (s mustra sólo un cuarto d la scción), obtnidos mdiant la ormulación n Elmntos Finitos (EF). El smi maor d la lips mid a 4cm l mnor b cm. La malla qu s mustra n la igura son cuadrilátros d cuatro nodos gnrados a partir d la malla con lmntos cuadrilátros d nuv nodos (cada lmnto d 9 nodos da orign a 4 lmntos d cuatro nodos). La malla utiliada staba conormada por 648 lmntos d 9 nodos. El momnto aplicado u Mx 5 km. Las caractrísticas dl matrial s mustran n la Figura 1(a). Para sta scción xistn solucions analíticas (vr [4, 6]) qu prmitn calcular l momnto d inrcia polar las componnts d las tnsions d cort: 180 160 140 10 100 80 60 40 0 Smi mnor Smi maor Prandtl E.Finitos

Brwr, Góm, Pridikman Análisis d vigas d scción arbitraria somtidas a tnsions d cort causadas por suros d torsión cort: part -ormulación mdiant lmntos initos M M a b x ab a b a b 3 3 x x ; ; 3 x J 3 En rlación a las tnsions, n la Figura 1(b) s han graicado las tnsions obtnidas por EF con las qu rsultan d las c. (36). Los valors d la tnsión s han calculado sobr los smis d la scción, mostrando mu buna corrspondncia. Rspcto al momnto d inrcia polar d la scción, l 7 4 rmplao d a b n la (36) conducn a J 8,045 10 m mintras qu l valor calculado por EF, c. (18), s J EF orsión: Emplo 7 4 8,0463 10 m. En la Figura (a) s mustran las tnsions d cort qu xprimnta l pril dimnsionado n la Figura (b) cuando s l aplica un momnto torsor M x 1m. (36) Z [m] 0.036 0.037 0.038 0.039 0.04 0.041 0.04 = 11,77 MPa E= 10 GPa = 0.3 = 5,88 MPa Pa 1.4E+07 1.3E+07 1.E+07 1.1E+07 1E+07 9E+06 8E+06 7E+06 5E+06 3E+06 1E+06 Z 30 mm 30 mm 1 mm mm 40 mm Y 0.03 0.03 0.034 0.036 Y [m] (a) (b) Figura. Pril dlgado abirto somtido a torsión. En particular, st mplo s ncuntra rsulto n la rrncia [1], utiliando una xtnsión d la toría d Brdt (ormulada para sccions dlgadas crradas) al caso d sccions dlgadas abirtas. Sin mbargo, rsultados analíticos idénticos s pudn obtnr utiliando la analogía d la mmbrana qu particularia las uncions d tnsión d Prandtl a st tipo d prils [4]. Cada una d las 3 sccions rctangulars qu compon l pril pos un momnto d inrcia polar J a t /3, xprsión n la qu ai s la longitud t i s l spsor dl tramo considrado. El momnto d inrcia polar total d la scción, J, s obtin sumando las contribucions d las alas (subindicadas ) l alma (subindicada w ): 3 1 3 3 1 3 J ai ti J J w a t aw tw (37) 3 i1 3 3 Dado qu la scción s homogéna, la rlación d rigidcs torsionals ntr cada uno d los tramos la rigid torsional total d la scción quda dtrminada por l cocint Ji / J. En conscuncia, dl momnto total aplicado M x, cada tramo toma una racción M i qu quda dtrminada hacindo Mi Mx Ji / J. Las línas d tnsión son parallas a las pards d los tramos (salvo n los xtrmos) l módulo la tnsión d cort varia linalmnt n l spsor d cada tramo, tomando los máximos valors sobr la suprici l valor nulo sobr l dl tramo qu s analic. Las xprsions qu mustran la variación d la tnsión n l spsor su valor máximo son: Mi ti Mi ti 3M i i ri con 0 ri max, i (38) J J a t i i i i i i i

Brwr, Góm, Pridikman Análisis d vigas d scción arbitraria somtidas a tnsions d cort causadas por suros d torsión cort: part -ormulación mdiant lmntos initos En dond r i s mid dsd, n dircción prpndicular a, la lína mdia. Rmplaando las caractrísticas gométricas dl pril l momnto aplicado n cada tramo n las cuacions (37) (38), s obtin: 4 J 173,33mm ; max, 11,54 MPa ; max, w 5,77 MPa Mintras qu utiliando las xprsions (18) (0) n l marco dl método d lmntos initos rsultan: 4 J 169,39 mm ; max, 11,77 MPa ; max, w 5,88 MPa Los rsultados s mustran n la Figura 1 (a) unto con l diagrama d barras qu indica la variación d la tnsión n l spsor los vctors tnsión qu mustran un comportaminto sgún lo dscripto por la variación linal d la tnsión, c.(38). En conclusión los rsultados mustran una mu buna corrspondncia. Cort, carga V : Emplo 1 En la Figura 3 s mustra un pril C cua gomtría s dscrib n (c), cargado n la dircción dl Z con V 50k. La distribución dl luo d cort n l pril pud analiars plantando quilibrio n la scción, [4], lo qu conduc a las siguints xprsions: Vbt V t q( s1) s1 0 s1 a ; q( s) ab bs s 0 s b I I (39) En la c (39), a 10cm, b 0cm, 1cm 3 3 t / 6 / 4 /1 / I a b t b ab t s l momnto d inrcia rspcto al qu pasa por l baricntro d la scción, indicado como CG n la Figura 3(c). s 1 s son coordnadas qu s midn sobr la lína mdia (vr Figura 3(c)). Z [m] 0.1 0.1 0.14 0.16 0.18 0. E = 10 GPa = 0.3 Pa 1.8E+08 1.7E+08 1.6E+08 1.5E+08 1.4E+08 1.3E+08 1.E+08 1.1E+08 1E+08 9E+07 8E+07 7E+07 6E+07 5E+07 4E+07 3E+07 E+07 1E+07 0 0.0 0.04 0.06 0.08 0.1 Y [m] w, [MPa] Módulo d la nsión d Cort n l ala l alma dl pril C 150 15 100 75 50 5 0 0 1 3 4 5 6 7 8 9 10 s 1, s [cm] (a) (b) (c) Figura 3. Pril dlgado abirto somtido a cort. La dtrminación dl cntro d cort s logra igualando los momntos qu producn las uras d cort rspcto al vértic inrior dl pril con l producido por V actuando n l cntro d cort rspcto al mismo punto: V a b t a b t V s1ds1 I (40) 0 4I ala () En la igura 3(c) s squmatia la posición dl cntro d cort qu s ncuntra a una distancia dl dl alma. Mdiant las xprsions (39) scritas n unción d s 1 s s dtrmina la tnsión d cort sobr los s d las alas l alma hacindo ( s) q( s) / t. S obsrva qu sobr las alas la tnsión d cort varía linalmnt n l alma n orma parabólica (c. 39). Estas uncions, squmatiadas n la Figura 3(c) s han cuantiicado n la Figura 3(b) conuntamnt con los valors qu producn las cuacions (3). S obsrva una mu buna corrspondncia n los intrvalos 0s1 9 1cm s 19cm. La Figura 3(b) sólo mustra la mitad dl intrvalo d variación d s. alma (w) Jouravsk E. Finitos 18,6 140,3 18,6 Z 93,5 CC 93,5 s CG 10,0cm CG CG s 1 1,0cm 0,0cm Y

Brwr, Góm, Pridikman Análisis d vigas d scción arbitraria somtidas a tnsions d cort causadas por suros d torsión cort: part -ormulación mdiant lmntos initos S obsrva qu n las proximidads dl vértic ( s 1 10 s 0 ) l valor d la tnsión calculada por EF dca, situación qu s rla n los colors qu prsntan las línas d contorno n dicho punto, Figura 3(a). Rspcto a la posición dl cntro d cort, la xprsión (40) arroa un valor =3,743 cm. 6.05cm qu s midn dsd l CG. El valor d la La c. (35), prov la coordnada cc coordnada CG,994cm mdida dsd l Z qu coincid con l lanco iquirdo dl pril (vr Fig. 3(a)). Entoncs EF cc CG t / 6,05,994 0,5cm 3,711cm, valor mu próximo al antrior 3,743 cm, qu arroa la c (40). Cort, carga V : Emplo En la Figura (b) s mustra la mitad d la gomtría d una scción simétrica ormada por trs cldas, tomada d la rrncia [1], qu s ncuntra cargada n l cntro d cort con V 18,61k. La longitud L los spsors son: L 500mm, t 4mm t mm. w Z 0 0.00 0.004 6 4.3 3.86 3.54 E = 10 GPa = 0.3 0.5 0.50 0.504 0.506 0.508 Y (a) 13.0 MPa 1.68 11.43 Pa 3.6E+07 3.4E+07 3.E+07 3.0E+07.8E+07.6E+07.4E+07.E+07.0E+07 1.8E+07 1.6E+07 1.4E+07 1.E+07 1.0E+07 8.0E+06 6.0E+06 4.0E+06.0E+06,94 11,47 Figura 4. Scción Crrada d trs cldas somtida a cort. Z 4 5,88 L 5 0,15 t w 10,07 3 1,18 t t 6 7,95 L 10,9 t w 9 8 14,4 9,11 4,17 (b) t t L 1 38,81 40,89 36,83 10 Y L abla 1. Comparación d las tnsions obtnidas al modiicar l coicint d Poisson Punto [MPa].écnica [MPa] EF ( =0,3) % [MPa] EF ( =0,5) % [MPa] EF ( =0,0) % 1 0,0 0,0 0 (*) 0,0 0(*) 0,0 0(*) -Iq 9,11 8,81-3 9,05-0,67 17 -Dr 10,9 11,3 10 11,34 10 11,6 13 -In 38,81 35,1-9 36,10-7 39,47 3 1,18 3,164,85 14 1,17-1 4-Dr 11,47 1,18 6 11,94 4 10,40-9 4-In,94,33-3 1,79-5 19,01-17 5 5,88 9,77 15 9,5 13 5,89 0 6-Iq 0,15 3,88 19 3,6 15 19,99-1 6-Dr 10,07 1,68 6 1,33 10,57 5 7,95 4,88 65 4.63 57,94 0 8-Iq 4,17 5,51 3 5,73 37 6,99 68 8-Dr 14,4 14,64 3 14,67 3 14,88 4 8-Sup 36,83 34,31-7 34,79-6 37,78 3 9 40,89 37,01-9 37,53-8 40,89 0 10 0,0 0,0 0 (*) 0,0 0(*) 0,0 0(*) EMC 46 40 18 S ha tomado como rrncia d las tnsions, las obtnidas con la llamada oría écnica (), vr rrncia [1], qu consist n cortar cada una d las cldas dtrminar l luo d cort como si la

Brwr, Góm, Pridikman Análisis d vigas d scción arbitraria somtidas a tnsions d cort causadas por suros d torsión cort: part -ormulación mdiant lmntos initos structura no us crrada. Las tnsions así ncontradas quivaln a la ura d cort aplicada. El luo d cort dinitivo diir para cada clda n una constant (n l caso gnral d una structura sin simtría habría qu dtrminar 3 valors d luo constant, uno para cada clda). Para dtrminar los valors d stos luos, s impon la condición d qu la scción no gira (por star cargada n l cntro d cort), lo qu conduc al planto d 3 cuacions con trs incógnitas. Los luos d cort inals son la suma d ambos. Conocidos los luos d cort inals, la tnsión d cort rsulta d hacr q/. t En la Figura 4(b) s han indicado 10 puntos, rodados por un círculo situados n los vértics a mitad d cada tramo. En sos puntos s han obtnido las tnsions d cort utiliando la oría écnica dscripta (cuos valors rsultan indpndints dl coicint d Poisson) la cuación (3) rsulta utiliando lmntos initos para trs valors dl coicint d Poisson (0,3; 0,5; 0,0). Estas tnsions corrspondn a las columnas, 3, 5, 7 n la abla 1. Estas tnsions son valors particulars d una distribución qu s ha rprsntado n la Figura 4(b): roo (), ngro (EF- 0,3), vrd (EF-0,5), aul (EF-0,0). Las maors dirncias s prsntan ntr la curva qu rprsnta la con la obtnida por EF 0,3. Para cuantiicar sta dirncia, n la abla 1 s han incluido las columnas 4, 6 8 qu continn la dirncia porcntual % 100( EF ) / (n los casos n qu l cocint s hac indtrminado s toma solo la dirncia, lo qu s indica (*)). La mnor dirncia ntr los rsultados obtnidos utiliando la EF ocurr para 0,0. El numro al pi d las columnas d rror s l Error Mdio Cuadrático. La Figura 4(a) mustra las tnsions las línas d contorno asociadas al módulo d la tnsión n l punto idntiicado 6. S pud obsrvar qu ura d la intrscción los lmntos son sumamnt largos. Quda pndint l dtrminar la inluncia d la dimnsión d los lmntos n los rsultados. En st mplo la rlación ntr l largo dl tramo más corto l spsor maor s 15, mintras qu n l mplo antrior la rlación ra 10. Esto hac qu (a in d limitar l númro d nodos d la malla) los lmntos rsultn alargados. COCLUSIOES En st trabao s obtin la solución numérica d las uncions scalars,,,,,, sus corrspondints condicions d bord. Estas uncions dtrminan las tnsions d cort cuando una scción homogéna s ncuntra somtida a momnto torsor sgún l x a uras d cort sgún los s rspctivamnt. La aproximación a las uncions mncionadas s busca n l marco d los Métodos d Rsiduos Pondrados n particular, l Método d Galrkin. Cuando la scción s solicita a torsión, s posibl cuantiicar l momnto d inrcia polar la distribución d las tnsions d cort d sccions d cualquir orma. Cuando la scción s somt a cort, s pud dtrminar la posición dl cntro d cort la distribución d tnsions para sccions d orma arbitraria. S prsntan cuatro mplos n los qu s comparan los rsultados obtnidos utiliando distintas técnicas prsnts n la litratura con los obtnidos por lmntos initos. En gnral, hubo una mu buna corrspondncia ntr los valors prvistos por otras torías los rsultados qu arroa l método d lmntos initos. REFERECIAS 1.. W. Murra: Introduction to th hor o hin Walld Structurs, 1986, Clarndon Prss Oxord.. A.P. Borsi and K. P. Chong: Elasticit in Enginring Mchanics, 1987, Elsvir, Amstrdam, h thrlands. 3. A. E. Lov: A ratis on th Mathmatical hor o Elasticit, 1944, Dovr, w York. 4. R. M. Rivllo: hor and Analsis o Flight Structurs, 1969, McGraw-Hill, w York. 5. I. S. Sokolniko: Mathmatical hor o Elasticit, 1956, McGraw-Hill, w York. 6. W. D. Pilk: Analsis and Dsign o Elastic Bams Computational Mthods, 00, John Wil & Sons, w York. 7. M. A. Bhatti: Advancd opics in Finit Elmnt Analsis o Structurs, 006, John Wil & Sons, w York.