Superficie

Con las superficies se describe la geometría de componentes estructurales planos o curvados, cuyas dimensiones superficiales son considerablemente mayores que los espesores. La rigidez de una superficie resulta de su material y espesor. Al generar la malla de elementos finitos se crean elementos 2D en las superficies. Estos se consideran para el cálculo en el eje centroide de la superficie.

Para introducir una superficie puede utilizar 'Líneas de contorno' existentes. También puede utilizar la entrada directa, en la cual el programa genera automáticamente las líneas de definición.

La pestaña Base gestiona los parámetros elementales de la superficie. Al marcar casillas de verificación se añaden otras pestañas en las que puede realizar las indicaciones específicas.

Tipo de rigidez

El tipo de rigidez controla de qué manera se pueden asumir los esfuerzos internos o qué propiedades se presuponen para la superficie. En la lista hay disponibles varios tipos para seleccionar.

Estándar

La superficie transmite momentos y esfuerzos de membrana. Este enfoque describe el comportamiento general de un modelo de superficies homogéneo e isótropo. Las propiedades de rigidez de la superficie son independientes de la dirección.

Sin espesor

La superficie no posee rigidez. Este tipo debe utilizarse para las superficies de contorno de un sólido.

Rígida

Con este tipo de rigidez se pueden representar superficies muy rígidas para modelar una conexión rígida entre objetos.

Membrana

La superficie presenta una rigidez uniforme en todas las direcciones. Sin embargo, solo se transmiten esfuerzos de membrana en estado de tracción (n_x, n_y) así como esfuerzos cortantes de membrana (n_xy). Ante esfuerzos de compresión, esfuerzos cortantes y momentos, los elementos de superficie afectados fallan.

Solo membrana a compresión

Solo se transmiten momentos y esfuerzos de membrana en estado de compresión. Ante esfuerzos de membrana que causan tracción, se produce un fallo de los elementos de superficie afectados (ejemplo: aplastamiento en agujero).

Transmisión de cargas

Con este tipo se pueden aplicar cargas superficiales a áreas que no están rellenas de superficies, como por ejemplo cargas de viento en ventanas o en las barras de una nave. La carga de esta superficie se distribuye en los bordes o en los objetos integrados. Si se generan cargas en barra, la carga se convierte con referencia a las direcciones globales en las longitudes reales de las barras (direcciones de carga X_L, Y_L, Z_L). La superficie en sí no posee rigidez.

Los criterios para la transmisión de cargas puede definirlos en la pestaña Transmisión de cargas.

La 'Dirección de transmisión de cargas' describe en qué dirección(es) debe aplicarse la carga a los objetos. La lista ofrece opciones de selección para una distribución isótropa basada en un cálculo por MEF, así como para una disposición ortótropa en bandas de superficie, que se consideran para la determinación del ancho de influencia de la carga en uno o ambos ejes locales de la superficie.

En la opción 'Isótropo | MEF', RFEM utiliza para la determinación de la distribución de carga un modelo parcial separado, en el cual la superficie se representa mediante un elemento de superficie rígido. Todos los objetos integrados en la superficie (barras, apoyos en línea y en nudo, líneas conectadas con elementos de modelo, acoplamientos o nudos, etc.) se sustituyen por líneas rígidas o apoyos en nudo rígidos. Las reacciones de este modelo parcial se aplican entonces como cargas para el cálculo 3D de RFEM. Si determinados objetos no deben transmitir cargas, puede indicarlos en la sección 'Sin efecto sobre'.

En la transmisión de cargas mediante bandas de superficie puede definir cómo debe realizar RFEM la 'Distribución de carga'. Por defecto, la carga se distribuye en los objetos adyacentes con un desarrollo variable. Sin embargo, si desea obtener un desarrollo de carga constante, seleccione la entrada correspondiente en la lista. La diferencia entre ambas variantes se muestra en la siguiente imagen.

Las posibilidades de entrada para el 'Ancho de la banda de superficie', el 'Factor de suavizado' y la 'Cantidad mínima de bandas en la superficie' están accesibles cuando la casilla de verificación Ajustes de distribución avanzados está activada en la sección 'Opciones'. Los ajustes solo son necesarios en caso de distribuciones de carga problemáticas. El efecto de estos parámetros se explica en el artículo técnico Ajustes de distribución avanzados en áreas de transmisión de cargas mediante un ejemplo.

Para el área de transmisión de cargas también puede 'Definir un gramaje', para considerar, por ejemplo, el peso propio de un vidriado.

En la sección 'Sin efecto sobre' puede excluir barras, líneas y nudos de la transmisión de cargas (por ejemplo, arriostramientos). Defina los objetos individualmente o seleccione un objeto de muestra que esté paralelo a las barras o líneas sin carga.

Cuando las líneas de contorno de la superficie están definidas, en la sección 'Objetos cargados' se indican las barras, líneas y nudos cargados. Si desea una distribución de carga específica, marque en la pestaña 'Base' la casilla de verificación Factor de distribución de carga. A continuación puede definir individualmente los coeficientes para los objetos transmisores de carga en la pestaña Factores de distribución de carga.

En la transmisión de cargas mediante bandas de superficie puede considerar la 'Excentricidad de barra' o la 'Distribución de sección' para capturar correctamente la posición geométrica de una barra o su desarrollo (véase el capítulo Sección). La casilla de verificación 'Despreciar el equilibrio rotacional' está desactivada por defecto. Con ello, el momento de las cargas superficiales se forma respecto al centro de gravedad y se compara con el momento de las cargas en barra respecto al centro de gravedad. Sin embargo, para cargas en nudo esta opción carece de importancia. La siguiente imagen muestra cómo se distribuye una carga lineal libre con y sin consideración del equilibrio rotacional en las barras opuestas.

Rigidización

Con este tipo de rigidez se pueden considerar de forma sencilla y realista los efectos estabilizadores de chapas trapezoidales, correas y arriostramientos en el modelo.

Superficie de resultados

Este tipo de rigidez permite convertir mediante un procedimiento de integración tensiones y fuerzas de otros objetos en esfuerzos internos de superficie. De este modo puede determinar, por ejemplo, en un sólido las tensiones de membrana y de flexión que deben dimensionarse con diferentes coeficientes parciales de seguridad.

Otros criterios para integrar resultados puede definirlos en la pestaña Superficie de resultados.

En la sección 'Integrar tensiones y fuerzas', seleccione si los resultados deben capturarse únicamente con referencia a los objetos o también geométricamente dentro de un área. En la sección 'Incluir objetos', defina las superficies y sólidos relevantes. Alternativamente, seleccione 'Todos' los objetos y excluya luego determinados elementos en la sección 'Excluido de objetos inclusivos'.

Si los resultados de un determinado área deben integrarse "por debajo" y "por encima" de la superficie, puede definir las distancias relevantes en la sección 'Parámetros'. Estas se refieren al eje z local perpendicular al plano de la superficie.

Tipo de geometría

El tipo de geometría describe el concepto formal de una superficie. En la lista hay disponibles varios tipos para seleccionar.

Plana

En una superficie plana, todas las líneas de contorno se encuentran en un plano. Mediante el botón de lista se acceden a varias formas de superficies planas.

Puede definir la superficie (tras OK en el diálogo) gráficamente arrastrando un rectángulo, círculo, etc. Si 'Selecciona su contorno', RFEM reconoce la superficie automáticamente en cuanto quede establecida una cantidad suficiente de líneas de contorno.

Cuadrángulo

Este tipo de superficie describe en su forma básica una superficie general de cuatro lados. Como líneas de contorno son posibles líneas rectas, arcos, polilíneas y splines. Con ello se pueden modelar superficies curvadas.

Defina en el diálogo 'Nueva superficie' las líneas de contorno de la superficie cuadrangular. Si la superficie cerrada no puede formarse con cuatro líneas, también se admiten más de cuatro líneas. En la pestaña 'Cuadrángulo' se indican entonces los cuatro nudos de esquina. Estos controlan cómo se genera la superficie curvada.

NURBS

Las superficies NURBS se forman a partir de cuatro líneas NURBS cerradas (véase el capítulo Líneas). Con ello se pueden modelar superficies de forma libre casi arbitrarias.

Defina en el diálogo 'Nueva superficie' las líneas de contorno de la superficie NURBS. Los pares respectivamente opuestos de las líneas NURBS deben presentar la misma cantidad de puntos de control para que el orden de estas líneas NURBS sea "compatible". En la pestaña 'NURBS' puede influir entonces en la forma de la superficie mediante los 'Pesos de los puntos de control'. Las coordenadas del punto de control seleccionado se indican en la sección 'Coordenadas - Punto de control'.

Recortada

Cuando se cruzan superficies, puede generar rápidamente la intersección: seleccione las superficies y abra entonces el menú contextual. Hay disponibles varias posibilidades para seleccionar.

Con la opción 'Crear intersección' solo se genera la línea de intersección. Si selecciona una de las opciones 'Dividir mediante intersección', RFEM crea sub superficies y les asigna el tipo 'Recortada'. A continuación puede eliminar componentes, por ejemplo, si desea eliminar superficies sobresalientes.

Rotación

Una superficie de revolución se crea cuando una línea existente se gira alrededor de un eje. RFEM genera la superficie a partir de los nudos inicial y final, así como de los puntos de definición rotados de la línea. En este proceso se generan nuevas líneas.

Defina en la pestaña 'Rotación' la línea de contorno de la superficie que debe rotarse. Indique el ángulo de rotación α. Los puntos del eje de rotación puede determinarlos mediante las coordenadas o gráficamente con el botón .

Tubo

Una superficie de tubo se crea cuando la línea central del tubo se gira en un radio alrededor de este eje. En este proceso se generan nuevas líneas: dos círculos y una polilínea paralela al eje del tubo.

Defina en la pestaña 'Tubo' el radio del tubo. Este valor describe la distancia desde el eje del tubo al centro de la superficie. Indique el número de la línea central o seleccione el eje del tubo gráficamente con el botón .

Si la sección de tubo es cónica, active la casilla de verificación 'Radio diferente al final' e indique el valor correspondiente.

Spline con curvatura mínima

Con este tipo de geometría puede crear una superficie curvada mediante nudos de control que se encuentran sobre la superficie o también fuera de ella. De este modo se pueden modelar, por ejemplo, superficies de terreno.

Defina el 'Sistema de coordenadas' del plano de referencia e indique las 'Coordenadas de muestra en el sistema de coordenadas'. Estos puntos representan los nudos de control de la superficie spline. Defina entonces las 'Líneas de contorno del plano de referencia' o seleccione las líneas gráficamente mediante el botón .

Espesor con material

Seleccione en la lista de los espesores existentes el tipo adecuado o defina un nuevo espesor (véase el capítulo Espesores).

Material del espesor

El material del espesor definido en la sección superior está preajustado. Si es necesario, puede seleccionar en la lista de los materiales ya creados otro material o también definir uno nuevo (véase el capítulo Materiales). Este material se asigna entonces al tipo de espesor.

Articulaciones

Con una articulación puede controlarse la transmisión de los esfuerzos internos a lo largo de una línea de la superficie (véase el capítulo Articulaciones lineales. Tras marcar la casilla de verificación, puede definir el tipo de articulación en la pestaña 'Articulaciones'.

Apoyos

Si la superficie está sobre una cama elástica, puede seleccionar o definir de nuevo el apoyo superficial en la pestaña 'Apoyos' (véase el capítulo Apoyos superficiales).

Liberación

Para desacoplar el modelo en la superficie, puede seleccionar o definir de nuevo una liberación de superficie en la pestaña 'Liberación' (véase el capítulo Liberaciones de superficie).

Excentricidad

Con una excentricidad puede modelarse un desfase de altura de toda la superficie (véase el capítulo Excentricidades de superficie). Puede definir el tipo de desfase en la pestaña 'Excentricidad'.

Factor de distribución de carga

Para una superficie del tipo Transmisión de cargas existe la posibilidad de definir factores de distribución para los objetos transmisores de carga. Al marcar la casilla de verificación, puede asignar estos factores individualmente en una nueva pestaña.

Los objetos cargados del área de transmisión de cargas están preajustados en una fila. A cada objeto se le asigna el factor 1.00, de modo que todos los objetos contribuyen de manera uniforme a la transmisión de cargas. Si desea una distribución específica, haga clic en la siguiente fila libre y seleccione la línea o la barra. Asigne entonces el 'Factor de distribución' adecuado.

Refinamiento de malla

El ancho de malla de la malla de elementos finitos puede adaptarse a la geometría de la superficie (véase el capítulo Refinamientos de malla de superficie). De este modo es independiente de los ajustes generales de malla. En la pestaña 'Refinamiento de malla' puede seleccionar o definir de nuevo el refinamiento de malla de la superficie.

Ejes específicos

Cada superficie posee un sistema de coordenadas local. Como regla general está orientado paralelo a los ejes globales. Sin embargo, el sistema de coordenadas puede definirse también de forma personalizada – separado para entrada y salida.

Ejes de entrada

La orientación de los ejes de entrada es relevante, por ejemplo, para las propiedades de ortotropía y de cama o para el efecto de una carga superficial.

La lista en la sección 'Categoría' ofrece varias posibilidades para adaptar la posición de los ejes:

• Rotación angular: giro de los ejes xy de la superficie alrededor del eje z con el ángulo α
• Eje paralelo a líneas: orientación del eje x o y en una línea
• Eje dirigido a un punto: orientación del eje x o y hacia la intersección de una línea con la superficie
• Eje paralelo al sistema de coordenadas: orientación de los ejes a un sistema de coordenadas definido por el usuario

Puede determinar los objetos de referencia gráficamente mediante el botón .

La casilla de verificación 'Invertir eje local z' permite orientar los ejes z y y en sentido contrario.

Ejes de resultados

Actualmente, la orientación de los ejes de resultados solo es posible 'Idéntica a los ejes de entrada'.

Rejilla para resultados

Cada superficie está cubierta por una rejilla que se utiliza para la salida de resultados en las tablas. Permite una salida independiente de la malla de elementos finitos en puntos de resultado regulares y ajustables.

Como estándar, está preajustada una rejilla cartesiana de superficie con una separación uniforme de los puntos de rejilla de 0,5 m en ambas direcciones. Si es necesario, puede ajustar aquí las 'separaciones entre rejillas' en dirección x (b) y en dirección y (h), realizar una 'Rotación de rejilla' o cambiar el 'origen de la rejilla'. Para superficies circulares, el tipo de rejilla 'Polar' ofrece una alternativa para la salida numérica de resultados.

Si en la sección 'Opciones' está marcada la casilla de verificación 'Adaptar automáticamente', los puntos de rejilla se adaptan a la nueva geometría al modificar la superficie.

En la sección 'Puntos' puede verificar las coordenadas de los puntos de rejilla generados. No son posibles modificaciones en la tabla.

Objetos integrados

RFEM reconoce por regla general automáticamente todos los objetos que se encuentran en la superficie, pero que no se utilizaron para la definición de la superficie.

Los números de los nudos, líneas y aberturas pertenecientes a la superficie se indican en la sección 'Objetos integrados en superficie'.

Si un objeto no se reconoce, debe integrarlo manualmente: desactive la Detección automática de objetos. Los campos de entrada en la sección 'Objetos integrados en superficie' están ahora accesibles. Añada el número de objeto que falta o utilice el botón para determinar el objeto gráficamente.

Activar transmisión de cargas

La casilla de verificación permite distribuir la carga de la superficie – independientemente de su tipo de rigidez – mediante un área de transmisión de cargas. De este modo, la superficie actúa en el modelo mediante su rigidez. Sin embargo, la distribución de la carga en los objetos adyacentes se controla mediante los parámetros que puede definir en la pestaña Transmisión de cargas. Esta función es relevante en primer lugar para superficies del tipo de espesor Panel de vigas.

Desactivar para el cálculo

La casilla de verificación ofrece la posibilidad de no considerar la superficie en el cálculo, por ejemplo, para simular fases de construcción o examinar una variante de modelado. En este caso, no se consideran la rigidez, las condiciones de contorno y las cargas de la superficie.

Información | Analítico

Esta sección se muestra en cuanto haya definido las líneas de contorno de la superficie. Ofrece una visión general de propiedades importantes de la superficie, como el área, el sólido y la masa, así como la posición del centro de gravedad de la superficie y la orientación de la superficie. Las aberturas se consideran correspondientemente.