Ejemplo de unión metálica con ANSYS

Índice
1.- Introducción
2.- Descripción del problema
3.- Objetivos
4.- Metodología
4.1.- Perfiles
4.2.- Procedimiento de modelado
4.3.- Aplicación de cargas y condiciones de contorno
4.4.- Solución, estimación del error y justificación del mallado.
5.- Conclusión

















1.- Introducción
En el siguiente trabajo se presenta el estudio de las tensiones ydeformaciones provocadas en la unión de una estructura metálica, bajo unas condiciones dadas, y cómo afectarían a éstas la colocación de diferentes elementos estructurales, tales como cartelas y rigidizadores.
Para tal propósito modelaremos la unión para analizarla mediante el método de los elementos finitos con el programa informático ANSYS.
Se mostrarán los resultados tanto gráfica comoanalíticamente comprobando el aporte de resistencia al nudo de los elementos antes citados.
2.- Descripción del problema

Fig. 1 Estructura de acero

Se desea estudiar en detalle el nudo 4 de la estructura metálica intraslacional de la Figura 1. Los soportes de dicha estructura están constituidos por perfiles HEB 260, y las vigas por perfiles IPE 400.
La estructura se encuentra sometida a unacombinación de acciones, tal y como se muestra en la figura, que generan los siguientes esfuerzos axiles y esfuerzos flectores (se desprecia el efecto del cortante), en el nudo 4:


Fig. 2 Detalle del nudo 4 y el soporte
En la figura 3 de muestran los detalles de la unión:

Fig. 3 Detalle de la geometría del nudo 4

En mi caso, los detalles de la unión tendrán los siguientes valores:
- H =365 mm
- L1 = 365 mm
- L2 = 276 mm


3.- Objetivos
El objetivo de este trabajo es obtener el campo de tensiones equivalentes y las deformaciones originadas en dicho nudo bajo las siguientes condiciones:
1. Modelo de la unión sin cartela y sin pletinas rigidizadoras.
2. Modelo de la unión sin cartela y con rigidizadores.
3. Modelo de la unión con la cartela y sin rigidizadores.4. Modelo de la unión con la cartela y con rigidizadores.
5. Comparación de los resultados obtenidos y comente el efecto que realizan los rigidizadores y la cartela en la unión.


4.- Metodología
En este punto se presentarán los materiales utilizados junto con las características necesarias para el cálculo de nuestro problema; la elaboración de un modelo para calcular previamente lasreacciones de nuestra pieza y ver así si la hemos modelizado bien, y el proceso seguido hasta la obtención de los resultados.

4.1.- Perfiles

Fig. 4 Detalle de la geometría de los perfiles

HEB 260 para el soporte:
b(m) h(m) e(m) e1(m) E(Kn/m2)  (kg/m3)
0.260 0.260 0.01 0.0175 2.1E8 0.3 7850




IPE 400 para la viga:

b(m) h(m) e(m) e1(m) E(Kn/m2)  (kg/m3)
0.180 0.4 0.00860.0135 2.1E8 0.3 7850




4.2.- Procedimiento de modelado
Definiremos brevemente los pasos seguidos hasta obtener el modelo en ANSYS.

Geometría.
Primero se comienza introduciendo los keypoints a través de sus coordenadas, para después crear las líneas y por último las áreas a partir de éstas últimas, quedándonos como resultado la siguiente figura:

Fig. 5 Geometría realizada para launión

Las áreas dibujadas corresponden a las secciones de la pieza que pasan por los centros de gravedad de las alas y almas evitando así la excentricidad en el cálculo y la creación de momentos adicionales.
Elección del tipo de elemento
Para la sección del soporte hemos empleado el elemento BEAM188, al cual haremos que se calcule con una función de forma cúbica, a lo largo de la longitud dela pieza.





Para el resto de la unión utilizaremos el elemento SHELL181, al cual haremos que se calcule con el modo de "Integración total con modos incompatibles."







Propiedades del material.
En este punto le diremos a ANSYS con que tipo de material está tratando, definiendo en nuestro caso tres constantes: el módulo de elasticidad del acero, su coeficiente de Poisson y...