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, en las superficies se crean elementos 2D. Estos se aplican para el cálculo en el eje baricéntrico de la superficie.

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

La pestaña Básico gestiona los parámetros elementales de la superficie. Al activar casillas se añaden pestañas adicionales 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 planteamiento 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 fuerzas cortantes de membrana (n_xy). Ante fuerzas de compresión, fuerzas transversales y momentos, los elementos de superficie afectados fallan.

Sin tracción de membrana

Solo se transmiten momentos y esfuerzos de membrana en estado de compresión. Ante esfuerzos de membrana que causan tracción, se produce el 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 con superficies, como por ejemplo cargas de viento en ventanas o 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 longitudes reales de las barras en las direcciones globales (direcciones de carga X_L, Y_L, Z_L). La propia superficie 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 análisis con el método de elementos finitos 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 para la determinación de la distribución de carga un modelo parcial separado, en el que 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 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 en'.

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 transcurso variable. Sin embargo, si desea lograr un transcurso constante de la carga, seleccione la entrada correspondiente en la lista. La diferencia entre ambas variantes se muestra comparativamente en la siguiente imagen.

Las opciones de entrada para el 'ancho de banda de superficie', el 'factor de suavizado' y el 'número mínimo de bandas en la superficie' están disponibles cuando en la sección 'Opciones' está activada la casilla Ajustes avanzados de distribución. Los ajustes solo son necesarios en distribuciones de carga problemáticas. El efecto de estos parámetros se explica en el artículo especializado Ajustes avanzados de distribución 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 en' puede excluir barras, líneas y nudos de la transmisión de cargas (por ejemplo arriostramientos). Defina los objetos individualmente o seleccione un objeto de referencia 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 considerar la 'excentricidad de barra' o la 'distribución de sección' para captar correctamente la posición geométrica de una barra o su transcurso (véase el capítulo Sección). La casilla 'Despreciar equilibrio rotacional' no está activada 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. Para cargas en nudo, sin embargo, esta opción no tiene relevancia. 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 en el modelado los efectos estabilizadores de chapas trapezoidales, correas y arriostramientos.

Una superficie de rigidización no se considera como un objeto con efecto de rigidez. Más bien constituye la base geométrica para definir las barras y objetos situados en la superficie de rigidización y determinar su efecto rigidizador. Por ello, en una superficie de rigidización la casilla Desactivar para el cálculo está activada 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 que se diferencian fundamentalmente.

• Superficie

El efecto rigidizador de una chapa trapezoidal se representa mediante una superficie ortótropa que está conectada a las barras vinculadas mediante acoplamientos rígidos. La rigidez de los medios de fijación se considera 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 considera en la definición de 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 a la superficie' se introducen automáticamente las barras que se consideran como vigas transversales y vigas longitudinales 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 en' 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 capta mediante apoyos en barra en las barras conectadas, para las cuales 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 soportadas' se introducen automáticamente las barras que limitan el vano exterior de la superficie de rigidización o que se encuentran más próximas a un contorno de la superficie de rigidización o que están situadas 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 en' 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 una sección ya definida o crear una nueva chapa trapezoidal con la opción 'Nueva sección'. Para ello, utilice la biblioteca, accesible con el botón . De los parámetros de la sección se adoptan automáticamente las propiedades necesarias para la superficie ortótropa.

• apoyo en barra

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.

Seleccione en la sección 'Integrar tensiones y fuerzas' si los resultados deben captarse solo referidos a objetos o también geométricamente dentro de un área. Defina en la sección 'Incluir objetos' las superficies y sólidos relevantes. Alternativamente, seleccione 'Todos' los objetos y excluya después, en la sección 'Excluido de objetos inclusivos', determinados elementos.

Si los resultados de un área determinada deben integrarse "por debajo" y "por encima" de la superficie, puede definir las distancias relevantes en la sección 'Parámetros'. 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 se encuentran en un plano. Mediante el botón de lista se accede a varias formas de superficies planas.

Puede definir la superficie (tras OK en el cuadro de diálogo) gráficamente arrastrando un rectángulo, círculo, etc. Si selecciona 'Elegir contorno', RFEM reconoce la superficie automáticamente en cuanto esté definido un número 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 cuadro de 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). Con ello se pueden modelar casi cualquier superficie de forma libre.

Defina en el cuadro de diálogo 'Nueva superficie' las líneas de contorno de la superficie NURBS. Los pares de líneas NURBS opuestos entre sí deben tener 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 las superficies se intersecan, puede generar la intersección rápidamente: seleccione las superficies y abra el menú contextual. Hay varias opciones disponibles.

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

Revolución

Una superficie de revolución surge 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 el proceso se generan nuevas líneas.

Defina en la pestaña 'Revolución' la línea de contorno de la superficie que debe girarse. 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 surge cuando la línea central del tubo se gira con un radio alrededor de este eje. En el 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 '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 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. A continuación, defina 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 activar la casilla puede definir el tipo de articulación en la pestaña 'Articulaciones'.

Apoyos

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

Liberación

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

Excentricidad

Con una excentricidad se puede modelar 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 activar la casilla, puede asignar estos factores individualmente en una nueva pestaña.

Los objetos cargados del área 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 por igual a la transmisión de cargas. Si desea una distribución específica, haga clic en la siguiente fila libre y seleccione la línea o la barra. A continuación, asigne 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 el refinamiento de malla de superficie.

Ejes específicos

Cada superficie posee un sistema de coordenadas local. Por regla general está orientado paralelamente a los ejes globales. Sin embargo, el sistema de coordenadas también puede definirse por el usuario, 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 apoyo elástico o para el efecto de una carga superficial.

La lista en la sección 'Categoría' ofrece diversas 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 según una línea
• eje dirigido a 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 según un sistema de coordenadas definido por el usuario

Puede determinar los objetos de referencia gráficamente con 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 como 'Idéntica a los ejes de entrada'.

Rejilla para resultados

Cada superficie está cubierta con 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.

Por defecto está predefinida una rejilla cartesiana de superficie con una separación uniforme entre 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 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 en la sección 'Opciones' está activada la casilla 'Ajustar automáticamente', 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 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, debería integrarlo manualmente: desactive la detección automática de objetos. Los campos de entrada en la sección 'Objetos integrados en superficie' están ahora disponibles. Añada 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 un área de transmisión de cargas. De este modo, la superficie actúa en el modelo mediante su rigidez. La distribución de la carga en los objetos adyacentes, por el contrario, 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 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 aplican la rigidez, las condiciones de contorno y las cargas de la superficie.

Información | Analítico

Esta sección se muestra en cuanto ha definido las líneas de contorno de la superficie. Ofrece una visión general de las 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.