Flujo de trabajo y objetivos
El objetivo de las herramientas de diseño de armadura en el CSFM es ayudar a los diseñadores a determinar la ubicación y la cantidad necesaria de barras de armadura de manera eficiente. Las siguientes herramientas están disponibles para ayudar/guiar al usuario en este proceso: cálculo lineal y optimización topológica.
Las herramientas de diseño de armadura consideran modelos constitutivos más simplificados que los modelos utilizados para la verificación final de la estructura. Por lo tanto, la definición de la armadura en este paso debe considerarse un predimensionamiento que se confirmará/refinará durante el paso de verificación final. El uso de las diferentes herramientas de diseño de armadura se ilustrará en el modelo mostrado en la Fig. 3, que consiste en un extremo de una viga simplemente apoyada de canto variable sometida a una carga uniformemente distribuida.
Análisis lineal
El análisis lineal considera propiedades de material elástico lineal y desprecia la armadura en la región de hormigón. Por lo tanto, es un cálculo muy rápido que proporciona una primera visión de las ubicaciones de las áreas de tracción y compresión. En la Fig. 4 se muestra un ejemplo de dicho cálculo.
Optimización topológica
La optimización topológica es un método que busca encontrar la distribución óptima de material en un volumen dado para una determinada configuración de carga. La optimización topológica implementada en Idea StatiCa Detail utiliza un modelo lineal de elementos finitos. Cada elemento finito puede tener una densidad relativa de 0 a 100 %, que representa la cantidad relativa de material utilizado. Estas densidades de elemento son los parámetros de optimización en el problema de optimización. La distribución de material resultante se considera óptima para el conjunto de cargas dado si minimiza la energía de deformación total del sistema. Por definición, la distribución óptima es también la geometría que tiene la mayor rigidez posible para las cargas dadas.
El proceso de optimización iterativo comienza con una distribución de densidad homogénea. El cálculo se realiza para múltiples fracciones de volumen total (20 %, 40 %, 60 % y 80 %), lo que permite al usuario seleccionar el resultado más práctico. La forma resultante consiste en estructuras de celosía con bielas y tirantes y representa la forma óptima para los casos de carga dados (Fig. 5).
