PDF superior Introducción al análisis lineal elástico de estructuras mediante el método de los elementos finitos

Introducción al análisis lineal elástico de estructuras mediante el método de los elementos finitos

Introducción al análisis lineal elástico de estructuras mediante el método de los elementos finitos

Las estructuras laminares son sólidos que tienen dos dimensiones sustancialmente mayores a la tercera denominada espesor, la cual está sometida principalmente a cargas perpendicu- lares al plano generado por las dos dimensiones mayores. La relación de aspecto permite representar geométricamente a estas estructuras mediante una superficie establecida a la mitad de su espesor llamada superficie media o plano medio, como lo muestra la Figura 7.1. Éste tipo de estructuras se denomina placa si su superficie media es plana y está so- metida a flexión y torsión, en cambio se define como membrana a aquella capaz de soportar fuerzas axiales exclusivamente. La estructura laminar sometida a la acción combinada de los momentos flectores y torsionales de las placas y a las fuerzas axiales de las membranas se denomina cascarón. Es habitual que la superficie media de los cascarones no sea plana.
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Análisis estructural de un bus por el método de elementos finitos

Análisis estructural de un bus por el método de elementos finitos

Existen varios tipos de simulación, el modelado con factores de carga y resistencia, se origina en conceptos de estados límite, donde se multiplica por cargas de factor definidas para el diseño de estructuras, agrupando combinaciones posibles de cargas y servicios utilizadas para definir momentos de tipo cortante y variado, en base a incertidumbres generadas por las imperfecciones en los materiales sintetizados, con criterios no conservadores, contemplados en el manual de la AISC (American Institute Steel Construction), donde las combinaciones desarrolladas son efectuadas en base a incrementos o decrementos estipulados en la Norma, fundamentadas en mecánica clásica, ocupadas por principios de resistencia de materiales, para lo cual se utiliza un procedimiento definido y presentado a continuación (INEN NTE 1323, 2009). Otro análisis es el de elementos finitos este inicia en los años 70, solo en computadoras de tipo y propiedad aeronáutica, de automoción, defensa y nuclear; lográndose implantar conocimientos de física, química y matemáticas, en un modelo de estilo matemático; donde el ingeniero afronta tareas de analizar y calcular soluciones para el diseño de distintos procesos, mediante modelos simplificados, apropiados de manera experimental, para problemas gobernados por un conjunto de ecuaciones diferenciales donde el dominio obtenido es discreteado, pudiéndose crear un modelo de estilo óptimo similar al diseño, pretendiéndose ir de un medio continuo a una serie prescrita de elementos unidos entre sí, dividiendo el espacio geométrico en elementos reflejados en puntos, líneas o superficie de manera lineal, bidimensional o tridimensional; calculando las incógnitas presentadas; comportándose el material de manera elástica en curvas de tensión – deformación hasta lograr un límite definido como se especifica en la Figura 8 (Arroba, 2013).
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Análisis de un muro de contención sometido a la acción de cargas horizontales mediante el método de elementos finitos

Análisis de un muro de contención sometido a la acción de cargas horizontales mediante el método de elementos finitos

El presente trabajo de investigación intitulado “ANÁLISIS DE UN MURO DE CONTENCIÓN SOMETIDO A LA ACCIÓN DE CARGAS HORIZONTALES MEDIANTE EL MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS”, tiene por objetivo principal analizar un muro de contención por el método de los Elementos finitos. Para ello primero se dará una breve noción de los conceptos del Algebra Lineal necesarios para entender este método como por ejemplo el concepto de matrices, otros conceptos afines a este tema como es el Análisis Estructural, resistencia de materiales y otros conceptos relacionados a la formulación del método de los Elementos Finitos. Este método puede ser formulado de distintas maneras, esta tesis al igual que muchos otros trabajos de investigación se hará uso de la formulación directa a través de las matrices de rigidez para analizar cuerpos sólidos. Se analizará un muro de contención de tipo voladizo que es el tipo de muro más común por su proceso constructivo y costo, se tomara como un caso de deformación plana debido a la geometría de esta estructura, el cual tiene sus respectivas características como altura de la pantalla, espesor de la pantalla, etc. Así como los materiales que está construido este muro también tienen sus propias características que influirán en el análisis y por ende en los posteriores resultados, este muro estará sometido a cargas horizontales las cuales serán representadas como del tipo puntual, el cual será sometido a un análisis estructural complejo como es el caso del análisis por medio del método de los elementos finitos.
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Cálculo resistente por el Método de los Elementos Finitos de un Intercambiador de Calor considerando Acoplamiento Termo-elástico

Cálculo resistente por el Método de los Elementos Finitos de un Intercambiador de Calor considerando Acoplamiento Termo-elástico

Este proyecto surge a raíz de un acuerdo de colaboración entre KALFRISA S.A. ENERGÍA Y MEDIO AMBIENTE y el área de Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras (MMyTE) de la Universidad de Zaragoza. KALFRISA S.A. acude al área de MMyTE para que se realice un estudio de un determinado modelo de intercambiador de calor, el modelo tiene ciertos problemas que se desean subsanar. Se decide comenzar el estudio del intercambiador de calor mediante un proyecto final de carrera, a partir de este estudio se tomarán las primeras soluciones.

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TítuloOptimización topológica de estructuras: una formulación de mínimo peso con
restricciones en tensión

TítuloOptimización topológica de estructuras: una formulación de mínimo peso con restricciones en tensión

Por tanto, para adaptar un modelo numérico convencional de análisis estructural mediante el método de elementos finitos, de forma que pueda ser empleado como módulo de cálculo de un sistema de optimización topológica, no es necesario modificar el código al nivel del cálculo de las contribuciones elementales. Basta, en la práctica, con realizar pequeñas modificaciones al nivel de la organización general del programa, con el fin de manipular adecuadamente los valores de las densidades relativas de los elementos. De hecho, un código convencional debe proporcionar todo lo necesario para realizar los cálculos inducidos por la introducción de la densidad relativa, e incluso su análisis de sensibilidad.
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Análisis de la propagación de fracturas en placas mediante el método de los elementos finitos extendido (XFEM)

Análisis de la propagación de fracturas en placas mediante el método de los elementos finitos extendido (XFEM)

Así como en otras áreas, la Mecánica de la Fractura Lineal Elástica también usa las facilidades numéricas del método de los elementos Finitos. Elementos especiales, llamados elementos singulares, que fueron creados para que la grieta fuera adecuadamente representada de modo a obtener resultados sobre el principal parámetro que rige, el Factor de Intensidad de Tensión (FIT). Con este parámetro se puede estimar la dirección del crecimiento incremental de la grieta y analizar la propagación de la fractura, utilizando un proceso paso a paso. La ventaja del método de los elementos finitos en análisis de fracturamiento es viabilizar el modelaje de geometrías complejas donde el factor de intensidad de tensión es desconocida. En análisis de fatiga este método ha tenido muy buenos resultados, aunque el tiempo requerido para hacer los cálculos es extenso.
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Análisis estático de estructuras de barras mediante el módulo de elementos finitos de CATIA  Validación y aplicación

Análisis estático de estructuras de barras mediante el módulo de elementos finitos de CATIA Validación y aplicación

Los elementos están conectados entre sí por puntos, que se llaman nodos. Al conjunto de todos estos ítems; elementos y nodos se le denomina malla. Debido a las subdivisiones de la geometría, las ecuaciones matemáticas que rigen el comportamiento físico no se resolverán de una manera exacta, sino aproximada por este método numérico. La precisión de los Métodos de Elementos Finitos depende de la cantidad de nodos y elementos, del tamaño y de los tipos de elementos de la malla. Por lo tanto, cuanto menor sea el tamaño y mayor el número de elementos en una malla, más precisos serán los resultados de los análisis.
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Análisis estático lineal de pórticos de concreto armado mediante el método de los elementos de contorno

Análisis estático lineal de pórticos de concreto armado mediante el método de los elementos de contorno

Se puede destacar diversas investigaciones realizadas hasta la actualidad, como las de Venturini (1983) que empleó el método de los elementos de contorno en geomecánica, Kichimoto et. al (1983) realizaron el análisis de mecánica de fractura mediante combinación de elementos de contorno y elementos finitos, Tanaka (1985) empleó el método para estructuras de placa sujetas a cargas arbitrarias y Ciskowski (1991) realizó avances en acústica (Brebbia, 1998). Más recientemente, Pereira et. al (2012) desarrollaron una formulación del método en mención para el análisis dinámico de losas gruesas.
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Introducción al análisis de vibraciones con elementos finitos

Introducción al análisis de vibraciones con elementos finitos

Es evidente que un análisis riguroso y completo de las deformaciones dinámicas de un sólido elástico es de una gran complejidad. En la mayoría de los problemas de la ingeniería, y en especial con estructuras elásticas con cargas dinámicas, no es necesario considerar la propagación de las ondas de deformación. La solución de tales problemas se simplifica asumiendo que se producen oscilaciones de la estructura completa. En otras palabras, los problemas de vibraciones de las estructuras pueden ser resueltos con métodos en los que no interviene la teoría de propagación de ondas ya que se asume que con las cargas no se producen deformaciones localizadas que se propagan a través de la estructura, sino que se produce una deformación simultánea de la misma, variable en el tiempo [1,7,19]. Por otra parte, el fenómeno de amortiguamiento, presente en todos los casos reales produciendo una disipación de energía que se traduce en una paulatina disminución de las deformaciones, complica más aún el estudio riguroso del problema. Debido al amortiguamiento, al cabo de un cierto lapso desde el instante del impacto, todos los puntos del sólido vinculado habrán detenido su movimiento, alcanzado la correspondiente configuración deformada y en equilibrio. Dicho intervalo de tiempo puede llegar a ser muy prolongado, dependiendo de la intensidad y naturaleza del amortiguamiento, ya que en una estructura el amortiguamiento se produce por diversos motivos. En parte es debido a la fricción interna molecular del material. Otra causa es el rozamiento entre superficies de contacto en las uniones de los elementos que componen la estructura. También se produce como consecuencia del aire (u otro fluido) que rodea a la estructura. En todos los casos se generan fuerzas opuestas al movimiento, y por ello las amplitudes de los desplazamientos disminuyen con el tiempo. Cada tipo de amortiguamiento requeriría una formulación distinta, de acuerdo con las diferentes características del efecto que produce. Sin embargo, en los modelos dinámicos de estructuras es usual representar el efecto de todas las fuerzas disipativas mediante un amortiguamiento exclusivamente viscoso, donde la fuerza opuesta al desplazamiento es proporcional a la velocidad, asumiendo además que el coeficiente de proporcionalidad permanece constante. Esta hipótesis simplificativa conduce a resultados razonablemente aceptables con modelos matemáticos, apenas con un poco más de complejidad que aquellos donde no se hace intervenir el amortiguamiento.
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Modelación numérica del concreto simple con elementos finitos mediante la teoría de la plasticidad y la función de fluencia de Hu y Schnobrich Numerical modeling of the simple concrete with finite elements by means of the plasticity theory and yielding fu

Modelación numérica del concreto simple con elementos finitos mediante la teoría de la plasticidad y la función de fluencia de Hu y Schnobrich Numerical modeling of the simple concrete with finite elements by means of the plasticity theory and yielding function of Hu and Schnobrich

Este artículo describe la formulación, implementación y validación de un modelo constitutivo en el método de los elementos finitos, que represente el comportamiento mecánico del concreto simple sometido principalmente a compresión, considerando estado plano de esfuerzos y deformaciones infinitesimales. Este modelo se basa en la formulación general de la teoría de la plasticidad (Simó & Hughes 1998), considerando una regla de flujo no asociado, donde el potencial plástico está definido por el criterio de fallo de von Mises y la función de fluencia corresponde a aproximaciones empíricas realizadas por Hu y Schnobrich (1989). Se formuló un algoritmo implícito de integración numérica para resolver el problema no lineal dado por el modelo constitutivo del material. El modelo constitutivo presentado en este artículo se implementó en el programa de análisis no lineal con elementos finitos a código abierto HYPLAS (de Souza Neto et al. 2008) y el postproceso se realizó con el programa GiD (CIMNE 2008). Finalmente se presenta la comparación de la respuesta estructural de los paneles sometidos a fuerzas contenidas en su plano ensayados experimentalmente por Kupfer y otros (1969), contra la simulación numérica utilizando el modelo propuesto. También se presenta un ejemplo de la aplicación del modelo propuesto a la simulación de vigas sometidas a flexión.
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Comparación del método lineal elástico estático y método lineal dinámico en estructuras aporticadas en concreto reforzado

Comparación del método lineal elástico estático y método lineal dinámico en estructuras aporticadas en concreto reforzado

Los eventos sísmicos tienen una gran incertidumbre debido a que no se puede tener una especie de predicción del momento en el cual pueda ocurrir dicho fenómeno ni de tener un estimativo de su magnitud o del lugar de epicentro. Actualmente los diseños se basan en espectros de diseño de la norma sismo resistente pero aun así es una improbabilidad que se presente ese caso, puede ser que ocurra uno mucho mayor y afecte la estructura, por tanto, se hace necesario analizar el daño estructural que sufren los elementos locales. Los investigadores neozelandeses Priestley y Paulay Robert Park, Thomas Paulay. Robert Reitherman interviewer. Conecctions, the EERI Oral History Series. New Zealand Society for earthquake Engineering INC; definen la ductilidad como la propiedad singular más importante, buscada por el diseñador de edificaciones y que por medio de un análisis estático lineal es posible determinar las deformaciones bajo carga constante, y ya que diseñan únicamente bajo criterios de resistencia en rango elástico y no por un análisis por desplazamientos.
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Análisis de estructuras cross rope mediante el método de los elementos finitos

Análisis de estructuras cross rope mediante el método de los elementos finitos

En determinadas condiciones de carga la estructura CR puede estar en equilibrio, al menos, con una rienda prácticamente sin tracción. La pretensión efectuada sobre la estructura tiene la finalidad de eliminar la inelasticidad en la respuesta de esta a las condiciones de carga. En el análisis, la determinación de la pretensión en una estructura arriostrada con comportamiento no lineal como la CR se realiza en forma iterativa, identificando el estado de carga que produce la perdida de tracción sobre las riendas y modificando (disminuyendo) la longitud inicial de los cables (R y CRA) hasta que se recupere el estado de tracción mientras se verifica la distancia entre mástiles requerida.
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Diseño y validación de una pieza metálica mediante el método de los elementos finitos

Diseño y validación de una pieza metálica mediante el método de los elementos finitos

En la figura 5.12 se muestran los nodos representados en la gráfica 5.37, donde no se ha representado la distribución de tensiones de la mangueta en su totalidad como se ha indicado anteriormente, ya que existe una dispersión entre los valores de la distribución teórica obtenida a través de la ecuación 3.42, debido a la presencia de cambio de sección existente entre la mangueta y la zona de la mangueta interior. Analizando la gráfica 5.37, existe una distribución de tensiones lineal teórica correspondiente a la carga puntual aplicada en el extremo del eje. Cabe destacar en la gráfica la presencia de tensiones en el extremo libre, dónde a través de las ecuaciones 3.42, la tensiones teóricas existentes en el punto de aplicación de la carga es nula mientras a través del análisis del software se obtiene una tensión existente de valor 0,367894N/mm 2
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Análisis de esfuerzos de transmisiones de engranes cilíndricos helicoidales mediante el método de los elementos finitos

Análisis de esfuerzos de transmisiones de engranes cilíndricos helicoidales mediante el método de los elementos finitos

Existen en la actualidad un sinnúmero de programas que aplican el Método de los Elementos Finitos y por lo general son bastante fáciles de usar. La persona que maneja estos programas no necesita tener un conocimiento profundo de las matemáticas aplicadas al MEF, pero si debe tener un conocimiento básico de los conceptos del MEF y de las capacidades y limitaciones del programa que esta utilizando. Solo con estos conocimientos el usuario del programa será capaz de decidir que tipo de elementos se va ha usar, que cantidad de detalles físicos es necesario representar en el modelo, como se puede simplificar el modelo, que tipo de análisis se debe usar, etc.
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Análisis de flujos en lámina libre y su interacción con
sólidos y estructuras por el método de partículas y elementos
finitos (PFEM)

Análisis de flujos en lámina libre y su interacción con sólidos y estructuras por el método de partículas y elementos finitos (PFEM)

En este trabajo se presenta una clase particular de formulación Lagrangiana para tratar la interacción entre fluidos y sólidos denominada método de partículas y elementos finitos (PFEM) [1,2]. El PFEM considera los nodos en la malla, tanto en los sub-dominios del fluido como del sólido, como partículas que pueden moverse libremente e incluso separarse del dominio del fluido reproduciendo, por ejemplo, el efecto de gotas de agua. Una malla de elementos finitos conecta los nodos que definen el dominio discretizado en donde se resuelven las ecuaciones de gobierno con el MEF [10].
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Simulación de excavaciones mediante un método de acoplamiento elementos finitos – elementos de contorno

Simulación de excavaciones mediante un método de acoplamiento elementos finitos – elementos de contorno

Se han propuesto diversas alternativas para llevar a cabo el acoplamiento MEF-MEC en problemas no lineales definidos sobre un semiplano infinito. Aparte de los m´ etodos tradicionales, se ha presentado otro basado en una resoluci´ on separada de los dominios MEF y MEC. Esta ´ ultima propuesta tiene la ventaja de desacoplar la soluci´ on lineal de la no lineal y, por tanto, de permitir una resoluci´ on independiente de los subproblemas factible de una implementaci´ on en paralelo dentro de un entorno multiproceso. Adem´ as, se ha mostrado como la soluci´ on m´ as ´ optima en tiempo de c´ alculo, lo que habr´ıa sido m´ as evidente todav´ıa en el caso de un c´ alculo en paralelo.
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Simulación del comportamiento mecánico de diferentes elementos de máquinas mediante el Método de los elementos finitos

Simulación del comportamiento mecánico de diferentes elementos de máquinas mediante el Método de los elementos finitos

Hasta la aparición del Método de elementos finitos (MEF o FEA), su cálculo podría llegar a ser complejo. Se trataba de resolver las ecuaciones diferenciales de forma exacta, y en el caso de condiciones de contorno complejas, se convertía en una tarea complicada. Pero con la llegada de esta herramienta, permitió facilitar su resolución, lo que supuso un gran avance.

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Evaluación de acciones explosivas sobre estructuras de hormigón armado mediante elementos finitos.

Evaluación de acciones explosivas sobre estructuras de hormigón armado mediante elementos finitos.

El armado forma una malla de 1,08 × 1,08 m. En los casos (I) consta de siete barras en cada una de las dos direcciones del plano de la losa, dos en cada extremo y las otras cinco equidistantes. En los casos (II) consta de tres barras equidis- tantes, también en ambas direcciones. En todos los casos se simulan mediante elementos viga de 8 cm de longitud. Calculando estos modelos con la metodología explicada se obtiene una buena correlación entre los daños del ensayo y los calculados por elementos finitos (Figura 3). En los en- sayos se observan: para las losas I-a y II-b fisuras meno- res de un milímetro; en la losas I-c y II-c fisuras mayores de 3 milímetros y desplazamientos residuales de 22 mm y 16 mm. Estos resultados son consitentes con los modelos, en los que se muestra el mapa de deformación plástica y zonas erosionadas, y en los que se obtienen desplazamien- tos residuales de 24 mm para el caso I-c y de 13 mm para el caso II-c.
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ANÁLISIS ESTRUCTURAL A CARGAS DE IMPACTO POSTERIOR POR ALCANCE DE UN BUS INTERPROVINCIAL  MEDIANTE EL MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS

ANÁLISIS ESTRUCTURAL A CARGAS DE IMPACTO POSTERIOR POR ALCANCE DE UN BUS INTERPROVINCIAL MEDIANTE EL MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS

carrocería de un autobús empleado en el transporte interprovincial, mediante el método de elementos finitos en los elementos de falla de la estructura de la carrocería, para evaluar la[r]

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Mástiles arriostrados : análisis dinámico no lineal y cuantificacioón de incertidumbres

Mástiles arriostrados : análisis dinámico no lineal y cuantificacioón de incertidumbres

Frecuentemente las empresas de telecomunicaciones (radio, TV, telefonía móvil, etc.) hacen uso de mástiles arriostrados como estructuras de soporte de sus antenas. Esta tipología estructural está generalmente conformada por una columna esbelta de sección triangular, reticulada, que es soportada por varios niveles de cables tensos. Estudios detallados de la respuesta de mástiles arriostrados, frente a acciones dinámicas como viento o sismo, no son frecuentes pese al gran potencial de impacto adverso, debido a que se trata de una estructura flexible y a que los cables añaden un comportamiento geométricamente no lineal. Por otra parte, algunos parámetros estructurales como la tensión de los cables o la rigidez del mástil tienen un alto grado de incertidumbre. En el primer caso, porque generalmente no se cuenta con dispositivos que permitan medir con precisión esta variable y en el segundo, porque frecuentemente el mástil debe ser reforzado (para cumplir con los requerimientos de rigidez de la estructura, cada vez mayores, debidos a la creciente sensibilidad de los equipos instalados) y la gran variedad de mecanismos de refuerzo usados (incluso dentro de la misma torre) no permite evaluar su efectividad.
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