Superficie

Con las superficies se describe la geometría de componentes 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, en las superficies se crean elementos 2D. Estos se aplican para el cálculo en el eje de gravedad de la superficie.

Para introducir una superficie puede utilizar líneas de contorno existentes. Si describe la superficie gráficamente con las posibilidades del menú contextual del navegador o con los botones de la barra de herramientas (véase la imagen Botones para superficies planas), las líneas de definición se generan automáticamente después de definir los parámetros de la superficie y aceptar con OK en el diálogo.

La pestaña Básico gestiona los parámetros elementales de la superficie. Al activar casillas se añaden otras pestañas en las que puede introducir los datos específicos.

Tipo de rigidez

El tipo de rigidez controla de qué manera se pueden absorber los esfuerzos internos o qué propiedades se presuponen para la superficie. En la lista hay varios tipos disponibles 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 y cortantes, así como momentos, los elementos de superficie afectados fallan.

Membrana sin tracción

Solo se transmiten momentos y esfuerzos de membrana en estado de compresión. Ante esfuerzos de membrana que generan 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 en 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 referida a las direcciones globales sobre 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 carga' describe en qué dirección(es) debe aplicarse la carga a los objetos. La lista ofrece posibilidades de selección para una distribución isótropa basada en un cálculo MEF, así como para una disposición ortótropa en bandas de superficie que se aplican para la determinación del ancho de influencia de la carga en uno o ambos ejes locales de la superficie.

Con la opción 'Isótropo | MEF', RFEM utiliza un modelo parcial separado para la determinación de la distribución de carga, en el cual la superficie se representa mediante un elemento de superficie rígido. Todos los objetos integrados en la superficie (barras, articulaciones lineales y apoyos en nudo, líneas conectadas con entidades del 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 una variación variable. Si desea lograr una distribución 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 la 'anchura de la franja de superficie', el 'factor de suavizado' y el 'número mínimo de franjas en la superficie' están accesibles cuando la casilla Ajustes de distribución avanzados está activada en la sección 'Opciones'. Los ajustes solo son necesarios en distribuciones de carga problemáticas. El efecto de estos parámetros se explica en el artículo técnico Ajustes de distribución avanzados en superficies de transmisión de cargas mediante un ejemplo.

Para la superficie de transmisión de cargas también puede definir un 'gramaje', por ejemplo, para tener en cuenta el peso propio de un vidriado.

En la sección 'Sin efecto sobre' puede excluir barras, líneas y nudos de la transmisión de carga (por ejemplo, arriostramientos). Defina los objetos individualmente o seleccione un objeto de patrón 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, active en la pestaña 'Básico' la casilla Factor de distribución de carga. Entonces puede asignar individualmente los coeficientes para los objetos que transmiten la carga en la pestaña Factores de distribución de carga.

En la transmisión de cargas mediante bandas de superficie puede tener en cuenta la 'excentricidad de barra' o la 'distribución de sección' para capturar correctamente la posición geométrica de una barra o su recorrido (véase el capítulo Sección). La casilla 'Despreciar el equilibrio rotacional' no está activada por defecto. De este modo, 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. Para las cargas en nudo, esta opción no tiene 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 tener en cuenta de manera sencilla y realista en la modelación los efectos estabilizadores de chapas trapezoidales, correas y arriostramientos.

Una superficie de rigidización no se considera como un objeto efectivo en rigidez. Más bien representa la base geométrica para definir las barras y objetos situados en la superficie de rigidización y determinar su efecto rigidizador. Por lo tanto, en una superficie de rigidización la casilla Desactivar para el cálculo está marcada automáticamente y no puede desactivarse.

Los criterios de la superficie de rigidización puede definirlos en las pestañas Rigidización, Parámetros y Tolerancias.

Rigidización

Hay dos tipos de rigidización disponibles para seleccionar, que se diferencian fundamentalmente.

• Superficie

El efecto rigidizador de una chapa trapezoidal se representa mediante una superficie ortótropa que se conecta a las barras unidas mediante acoplamientos rígidos. La rigidez de los medios de fijación se tiene en cuenta mediante articulaciones lineales en los acoplamientos rígidos.

Con la 'dirección de la tensión' define la orientación de la chapa trapezoidal. Esta influye en la orientación de la superficie ortótropa y se tiene en cuenta al definir las propiedades de ortotropía. Los ejes x e y se refieren al sistema de ejes xyz local de la superficie.

En la sección 'Barras conectadas con la superficie' se introducen automáticamente las barras que se consideran como vigas transversales y largueros de la chapa trapezoidal. Estas son todas las barras dentro de las tolerancias definidas en el plano de la superficie de rigidización y perpendiculares o paralelas a la dirección de la tensión de la chapa trapezoidal.

La sección 'Sin efecto sobre' ofrece la posibilidad de excluir determinadas barras de la asignación automática como barras conectadas.

• apoyo en barra

El efecto rigidizador de chapas trapezoidales, correas o arriostramientos se recoge mediante apoyos en barra en las barras de la superficie: para estas barras conectadas se generan los correspondientes paneles de cortante de barra y coacciones al giro.

Con la 'dirección de rigidización' define la orientación de la chapa trapezoidal o de las correas. Los ejes x e y se refieren al sistema de ejes xyz local de la superficie.

En la sección 'Barras apoyadas' se introducen automáticamente las barras que limitan el vano exterior de la superficie de rigidización o se encuentran más cerca de un borde de la superficie de rigidización, o bien se hallan en un vano interior de la superficie. Se aplican las tolerancias en el plano de la superficie de rigidización y para la orientación perpendicular a la dirección de rigidización.

La sección 'Sin efecto sobre' ofrece la posibilidad de excluir determinadas barras de la asignación automática como barras conectadas.

Parámetros

La pestaña 'Parámetros' está adaptada al tipo de rigidización: en una superficie define las propiedades de la chapa trapezoidal y de los medios de fijación; en un apoyo en barra define los componentes estabilizadores.

• Superficie

Defina en la categoría 'Panel' la chapa trapezoidal. En la lista puede seleccionar un perfil ya definido o crear una chapa trapezoidal con la opción 'Nueva sección'. Utilice para ello la biblioteca, accesible con el botón . A partir de los parámetros de la sección se adoptan automáticamente las propiedades necesarias para la superficie ortótropa. Se utilizan para un espesor con el tipo de espesor Ortotropía de forma y el tipo de ortotropía 'Chapa trapezoidal'.

En la categoría 'Uniones longitudinales' define si las chapas trapezoidales están dispuestas de forma regular o irregular. Para cada área entre dos uniones longitudinales adyacentes se genera una superficie ortótropa separada. Estas superficies se acoplan en las uniones longitudinales mediante articulaciones lineales. La rigidez de la conexión de la unión longitudinal se tiene en cuenta mediante las rigideces elásticas definidas en las articulaciones lineales, que resultan de la flexibilidad de los medios de fijación seleccionados en la categoría 'Fijación de la unión longitudinal'. Las posiciones de las uniones longitudinales se derivan automáticamente de la disposición de las chapas trapezoidales.

La 'excentricidad' describe la posición de la chapa trapezoidal respecto a las vigas transversales conectadas. Con la opción 'Arriba', por ejemplo, la chapa trapezoidal se dispone de modo que su cara inferior quede sobre la cara superior de las vigas transversales.

En la categoría 'Panel - fijación a vigas transversales' define los parámetros para la conexión de la superficie ortótropa a las vigas transversales. Esta se realiza mediante acoplamientos rígidos. La articulación lineal de los acoplamientos rígidos representa la rigidez de la conexión, incluida la influencia de la deformación del perfil. Para la fijación de la chapa trapezoidal a las vigas transversales hay disponibles medios de fijación seleccionados.

Con una chapa trapezoidal en posición negativa puede definir si la chapa se fija en el cordón inferior o en el cordón superior. En chapas trapezoidales en posición positiva, la fijación se realiza siempre en el cordón inferior.

La conexión de la superficie ortótropa a los largueros también se realiza mediante acoplamientos rígidos con articulaciones lineales, que resultan de las rigideces de los medios de fijación. En la categoría 'Panel - fijación a largueros' hay algunos medios de fijación disponibles para seleccionar.

En la categoría 'Fijación de la unión longitudinal' indique los medios de fijación para las uniones longitudinales. También aquí hay disponibles determinados tipos en la lista.

• apoyo en barra

Seleccione qué componentes contribuyen a la estabilización de forma calculable. Además de los componentes 'chapa perfilada', 'correas' y 'arriostramientos', también está disponible la opción 'Rigidez manual'. Las chapas perfiladas y las correas se excluyen mutuamente. Los arriostramientos, en cambio, pueden combinarse tanto con chapa perfilada como con correas.

Tolerancias

En la pestaña 'Tolerancias' define las desviaciones admisibles según las cuales las barras se asignan automáticamente a los largueros y vigas transversales (tipo de rigidización Superficie) o al vano exterior y vano interior (tipo de rigidización apoyo en barra).

Las 'tolerancias para barras en el plano' controlan dentro de qué desviación las barras se consideran situadas en la superficie de rigidización. Este valor puede definirlo de forma absoluta como distancia o de forma relativa mediante un ángulo.

Superficie de resultados

Este tipo de rigidez permite transformar tensiones y fuerzas de otros objetos mediante un procedimiento de integración 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 puramente referidos a 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 'Excluidos de los objetos inclusivos'.

Si los resultados de un determinado área "debajo" y "encima" de la superficie deben integrarse, 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 varios tipos disponibles para seleccionar.

Plano

En una superficie plana, todas las líneas de contorno están situadas en un plano. Mediante el botón de lista se acceden 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 automáticamente la superficie en cuanto haya un número suficiente de líneas de contorno definidas.

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. De este modo 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 permiten 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). De este modo se pueden modelar casi任意 superficies de forma libre.

Defina en el diálogo 'Nueva superficie' las líneas de contorno de la superficie NURBS. Los pares respectivamente opuestos de las líneas NURBS deben presentar el mismo número 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 intersecan superficies, puede generar rápidamente la intersección: seleccione las superficies y abra el menú contextual. Hay varias posibilidades disponibles para seleccionar.

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

Revolución

Una superficie de revolución se genera 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. Se generan nuevas líneas.

Defina en la pestaña 'Revolución' 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 genera cuando la línea central del tubo se gira con un radio alrededor de este eje. 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 'Radio diferente al final' e indique el valor correspondiente.

Spline con curvatura mínima

Con este tipo de geometría puede generar una superficie curvada mediante nudos de control situados en 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 con el botón .

Espesor con material

Seleccione en la lista de 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 predefinido. Si es necesario, puede seleccionar en la lista de materiales ya creados otro material o 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 puede definir el tipo de articulación en la pestaña 'Articulaciones'.

Apoyos

Si la superficie está sobre cimentación 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 en altura de toda la superficie (véase el capítulo Excentricidades de la 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 que transmiten la carga. Al marcar la casilla, puede asignar estos factores individualmente en una nueva pestaña.

Los objetos cargados de la superficie de transmisión de cargas están predefinidos 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 carga. 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 tamaño de malla de la malla de elementos finitos puede adaptarse a la geometría de la superficie (véase el capítulo Refinamientos de malla de superficie). Es así independiente de los ajustes generales de malla. En la pestaña 'Refinamiento de malla' puede seleccionar o definir de nuevo el refinamiento de malla de superficie.

Ejes específicos

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

Ejes de entrada

La orientación de los ejes de entrada es importante, por ejemplo, para las propiedades de ortotropía y cimentación 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 a una línea
• Eje dirigido a punto: orientación del eje x o y hacia el punto de intersección de una línea con la superficie
• Eje paralelo al sistema de coordenadas: orientación de los ejes a un sistema de coordenadas personalizado

Puede determinar los objetos de referencia gráficamente mediante el botón .

La casilla 'Invertir eje local z' permite orientar los ejes z e 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 adaptables.

Por defecto está predefinida una rejilla superficial cartesiana con una separación entre rejillas uniforme 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 la 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 la casilla 'Adaptar automáticamente' está marcada en la sección 'Opciones', los puntos de rejilla se adaptan a la nueva geometría al modificar la superficie.

En la sección 'Puntos' puede comprobar las coordenadas de los puntos de rejilla generados. No es posible realizar cambios en la tabla.

Objetos integrados

RFEM reconoce por regla general automáticamente todos los objetos que están situados 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, debería integrarlo manualmente: desactive la Detección automática de objetos. Los campos de entrada en la sección 'Objetos integrados en superficie' están ahora accesibles. Complete el número de objeto que falta o utilice el botón para determinar el objeto gráficamente.

Activar transmisión de cargas

La casilla permite distribuir la carga de la superficie –independientemente de su tipo de rigidez– mediante una superficie de transmisión de cargas. De este modo, la superficie actúa en el modelo mediante su rigidez. La distribución de la carga en los objetos vecinos se controla en cambio mediante los parámetros que puede definir en la pestaña Transmisión de cargas. Esta función es relevante principalmente para superficies del tipo de espesor Panel de vigas.

Desactivar para el cálculo

La casilla ofrece la posibilidad de no considerar la superficie en el cálculo, por ejemplo para simular fases de construcción o examinar una variante de modelación. En este caso no se aplican 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 área, sólido y masa, así como la posición del centro de gravedad de la superficie y la orientación de la superficie. Las aberturas se tienen en cuenta correspondientemente.